JP2003297873A - Semiconductor device, structure and electronic device - Google Patents

Semiconductor device, structure and electronic device

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JP2003297873A
JP2003297873A JP2002093558A JP2002093558A JP2003297873A JP 2003297873 A JP2003297873 A JP 2003297873A JP 2002093558 A JP2002093558 A JP 2002093558A JP 2002093558 A JP2002093558 A JP 2002093558A JP 2003297873 A JP2003297873 A JP 2003297873A
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JP
Japan
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semiconductor device
resin
layer
metal
solder
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JP2002093558A
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Japanese (ja)
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Yoshimasa Takahashi
可昌 高橋
Yasutoshi Kurihara
保敏 栗原
Hironori Kodama
弘則 児玉
Tsuneo Endo
恒雄 遠藤
Yosuke Sakurai
洋介 櫻井
Koichi Nakajima
浩一 中嶋
Mikio Negishi
幹夫 根岸
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Hitachi Ltd
Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Original Assignee
Hitachi Ltd
Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
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    • H01L2924/301Electrical effects
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device for which the flow-out of a primary mounting solder material and short-circuit, the disconnection and the position deviation of a chip component due to the flow-out are prevented when loading the semiconductor device composed by loading the chip component on a substrate and resin-sealing the loaded chip component on an external wiring board. <P>SOLUTION: For the semiconductor device, a solder layer fixing the chip component and a wiring member is sealed with a resin layer, and the solder layer is constituted of a composite material for which non-metal powder is dispersed in a matrix metal. Thus, for the semiconductor device, the flow-out of the solder material and the short-circuit, the disconnection and the position deviation of the chip component due to the flow-out at secondarily mounting the semiconductor device composed by loading the chip component on the wiring member by the solder material and resin-sealing the soldered part on an external wiring member can be prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は配線部材上に搭載し
た回路素子(チップ部品)を樹脂封止してなる半導体装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device in which a circuit element (chip component) mounted on a wiring member is resin-sealed.

【0002】[0002]

【従来の技術】先行技術例1としての特開平6−614
17号には、アルミナからなる電気絶縁性基板の第1の
主面に形成された所定の導電パターンに1つ以上の半導
体素子を固着し、これを樹脂封止してなる半導体装置が
開示されている。
2. Description of the Related Art JP-A-6-614 as a prior art example 1
No. 17 discloses a semiconductor device in which one or more semiconductor elements are fixed to a predetermined conductive pattern formed on the first main surface of an electrically insulating substrate made of alumina, and this is resin-sealed. ing.

【0003】先行技術例2としての特開平7−2355
65号には、配線基板と、この配線基板上にはんだから
なるバンプを介して電気的に接続された回路部品とを有
し、前記バンプ中にバンプ高さを制御するための固体微
粒子が分散された電子回路装置が開示されている。ここ
で、バンプは183℃の融点を持つPb−Sn系合金で
あり、固体微粒子はCu,Fe,Ni,Pt,Ag及び
これらの合金や、ステンレス鋼ボール,Mo粉,樹脂コ
ート金属粉である。このようなはんだ材を用いてチップ
部品をはんだ付けすると、各固体微粒子の表面にSnと
の金属間化合物が成長して結合する。このため、バンプ
高さの調節が容易で、チップ部品実装時にバンプの表面
張力のバランスが崩れた場合でもチップ部品の傾斜搭載
を防止できる。
Japanese Patent Laid-Open No. 7-2355 as Prior Art Example 2
No. 65 has a wiring board and circuit components electrically connected to the wiring board via bumps made of solder, and solid fine particles for controlling bump height are dispersed in the bumps. The disclosed electronic circuit device is disclosed. Here, the bump is a Pb—Sn alloy having a melting point of 183 ° C., and the solid fine particles are Cu, Fe, Ni, Pt, Ag and alloys thereof, stainless steel balls, Mo powder, resin-coated metal powder. . When a chip component is soldered using such a solder material, an intermetallic compound with Sn grows and bonds on the surface of each solid fine particle. Therefore, the bump height can be easily adjusted, and even if the surface tension of the bump is unbalanced when the chip component is mounted, it is possible to prevent the chip component from being obliquely mounted.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】近年では環境保全の観
点から、電子部品搭載に従来適用されてきたPb−Sn
系合金材を、Pbフリー合金で代替することが望まれて
いる。現在実用可能なPbフリーはんだ材はSnを圧倒
的多量に含む合金であって、その融点は240℃以下で
ある。基板上にチップ部品をはんだ材を用いて搭載し、
チップ部品を樹脂封止した樹脂封止型半導体装置におい
て、Pbフリーはんだ材を適用した場合、外部配線基板
等への2次実装時に半導体装置のはんだ材の再溶融によ
り、配線の短絡,断線やチップ部品の位置ずれの問題が
生じる。
In recent years, from the viewpoint of environmental protection, Pb-Sn which has been conventionally applied to mounting electronic parts.
It is desired to substitute the Pb-free alloy for the system alloy material. Currently available Pb-free solder materials are alloys containing an overwhelming amount of Sn, and their melting points are 240 ° C. or lower. Chip parts are mounted on the board using solder material,
When a Pb-free solder material is applied to a resin-sealed semiconductor device in which chip components are resin-sealed, the solder material of the semiconductor device is re-melted at the time of secondary mounting on an external wiring board or the like, resulting in a short circuit or disconnection of wiring. There is a problem of misalignment of chip parts.

【0005】先行技術例1では、1次実装用はんだ材が
封止物質で密閉された場合に特有の、はんだ層の再溶融
とこれに伴う内部回路の短絡や回路機能の劣化について
の考慮がなされていない。
In the prior art example 1, consideration is given to remelting of the solder layer and the accompanying short circuit of the internal circuit or deterioration of the circuit function, which is peculiar to the case where the solder material for primary mounting is sealed with a sealing material. Not done.

【0006】先行技術例2に開示された電子回路装置で
は、固体微粒子とその表面に成長する金属間化合物によ
ってバンプ高さの調節やチップ部品の傾斜搭載を防止で
きるけれども、1次実装用はんだ材が上述の封止物質で
密閉された系において特有の上記問題の解決指針を与え
ていない。また、本先行技術例のはんだ母材はPb−S
n系合金であり、上述したPbフリー化には対応できな
い。
In the electronic circuit device disclosed in the prior art example 2, although the solid fine particles and the intermetallic compound grown on the surface thereof can prevent the bump height from being adjusted and the chip components to be mounted obliquely, the soldering material for the primary mounting. Does not provide a solution to the above problems peculiar to a system sealed with the above-mentioned sealing material. Further, the solder base material of this prior art example is Pb-S.
Since it is an n-based alloy, it cannot support the above-mentioned Pb-free state.

【0007】本発明の目的は、基板上に回路素子として
のチップ部品を搭載し、搭載チップ部品を樹脂封止して
なる半導体装置を外部配線基板に搭載する場合に1次実
装はんだ材の流出やこれによる短絡,断線,チップ部品
の位置ずれを防止できる半導体装置,該半導体装置を用
いた構造体、またはこれらを用いた電子装置を提供する
ことにある。
An object of the present invention is to flow out a solder material for primary mounting when a chip component as a circuit element is mounted on a substrate and a semiconductor device obtained by sealing the mounted chip component with a resin is mounted on an external wiring substrate. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of preventing a short circuit, a wire breakage, and a positional deviation of chip parts due to the semiconductor device, a structure using the semiconductor device, or an electronic device using these.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
チップ部品と配線部材とを固着したはんだ層が樹脂層で
封止され、はんだ層がマトリックス金属に非金属粉末を
分散させた複合材で構成されたことを特徴とする。
The semiconductor device of the present invention comprises:
The solder layer in which the chip component and the wiring member are fixed to each other is sealed with a resin layer, and the solder layer is composed of a composite material in which a nonmetal powder is dispersed in a matrix metal.

【0009】また、本発明の構造体は、チップ部品と配
線部材とを固着したはんだ層が樹脂層で封止され、はん
だ層がマトリックス金属に非金属粉末を分散させた複合
材で構成された半導体装置が、接続層を介して外部配線
部材に固着されたことを特徴とする。
Further, in the structure of the present invention, the solder layer in which the chip component and the wiring member are fixed is sealed with the resin layer, and the solder layer is composed of the composite material in which the nonmetal powder is dispersed in the matrix metal. The semiconductor device is fixed to the external wiring member via the connection layer.

【0010】また、本発明の電子装置は、チップ部品と
配線部材とを固着したはんだ層が樹脂層で封止され、は
んだ層がマトリックス金属に非金属粉末を分散させた複
合材で構成された半導体装置、又は前記半導体装置が接
続層を介して外部配線部材に固着された構造体が組み込
まれたことを特徴とする。
Further, in the electronic device of the present invention, the solder layer in which the chip component and the wiring member are fixed is sealed with a resin layer, and the solder layer is composed of a composite material in which a non-metal powder is dispersed in a matrix metal. A semiconductor device or a structure in which the semiconductor device is fixed to an external wiring member via a connection layer is incorporated.

【0011】ここで、電子装置としては例えば、二次電
池装置,高周波電力増幅装置,電力計測装置,液晶ディ
スプレイ装置又はコンバータ装置等が挙げられる。
Here, examples of the electronic device include a secondary battery device, a high frequency power amplifier device, a power measuring device, a liquid crystal display device or a converter device.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】(実施例1)本実施例では半導体
装置11について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (Embodiment 1) In this embodiment, a semiconductor device 11 will be described.

【0013】図1は本実施例の半導体装置を説明する断
面模式図である。半導体装置11は次のように構成され
ている。配線部材となる基板1は、多層ガラスセラミッ
クス基板〔ガラスセラミックス(低温焼成基板とも言わ
れる)であり、基板1の内部には内層配線層(Ag−1
wt%Pt)2及びスルーホール配線(Ag−1wt%
Pt)2Aが設けられている。基板1の第1主面1Aに
は配線パターン(Ag−1wt%Pt)4が設けられ、
この配線パターン4上には集積回路素子基体6A(図示
を省略)やFET素子基体6Bを含む半導体素子基体
(Si,3.5ppm/℃)6,チップ抵抗(約7ppm /
℃)8,コンデンサ(約11.5ppm/℃)9からなるチ
ップ部品がはんだ層5により導電的に固着(1次実装は
んだ付け)されている。はんだ層5は、図2に示したよ
うに、Sn−5wt%Sb合金からなるマトリックス金
属5Aにアルミナ粉末(粒径:1μm)5Bを分散させ
た複合体で構成され、アルミナ粉末5Bの添加量は50
vol% に調整されている。また、半導体素子基体6と配
線パターン4の所定部間には、Auからなる金属細線7
がボンディング(集積回路素子基体6A:直径27μ
m,FET素子基体6B:直径50μm)されている。
これらのチップ部品と金属細線7や、第1主面1Aは主
成分がエポキシ材である樹脂層(硬化後の物性が、熱膨
張率:9.0ppm/℃,ヤング率:24.5GPa,ガラス
転移点:150℃,フィラ添加量:85wt%)10に
より外気から完全に遮断される如くに封止されている。
多層セラミックス基板1の第1主面1Aと反対側の第2
主面1Bには、外部電極層(Ag−1wt%Pt)3が
設けられている。外部電極層3は多層セラミックス基板
1の内部に設けられた内層配線層2やスルーホール配線
2Aを中継して配線パターン4と電気的に接続されてい
る。集積回路素子基体6AやFET素子基体6Bを含む
半導体素子基体6,チップ抵抗8,コンデンサ9からな
るチップ部品は配線パターン4上にはんだ層5により導
電的に固着されているため、外部電極層3はこれらのチ
ップ部品とも電気的に接続されている。ここで、内層配
線層2やスルーホール配線2Aは、多層セラミックス基
板1の内部領域に埋設される如くに配置されている。ま
た、図示を省略しているけれども、配線パターン4や外
部電極層3の表面にはNiめっき層,Auめっき層が順
次設けられている。また、チップ抵抗8やコンデンサ9
の電極には、Niめっき層,Snめっき層が順次設けら
れている。以上に説明したように、いずれのチップ部品
も基板1,配線パターン4,樹脂層10によって完全に
封止され、これらのチップ部品を固着しているはんだ層
5もチップ部品6,8,9,配線パターン4,樹脂層1
0によって完全に封止されている。
FIG. 1 is a schematic sectional view for explaining the semiconductor device of this embodiment. The semiconductor device 11 is configured as follows. The substrate 1 serving as a wiring member is a multi-layer glass ceramics substrate [glass ceramics (also referred to as a low temperature firing substrate), and the inner wiring layer (Ag-1
wt% Pt) 2 and through-hole wiring (Ag-1 wt%
Pt) 2A is provided. A wiring pattern (Ag-1 wt% Pt) 4 is provided on the first main surface 1A of the substrate 1,
On this wiring pattern 4, a semiconductor element substrate (Si, 3.5 ppm / ° C.) including an integrated circuit element substrate 6A (not shown) and an FET element substrate 6B 6, a chip resistor (about 7 ppm /
(C) 8 and capacitors (about 11.5 ppm / C) 9 are electrically conductively fixed by the solder layer 5 (primary mounting soldering). As shown in FIG. 2, the solder layer 5 is composed of a composite in which an alumina powder (particle size: 1 μm) 5B is dispersed in a matrix metal 5A made of Sn-5 wt% Sb alloy, and the addition amount of the alumina powder 5B is set. Is 50
It is adjusted to vol%. In addition, a thin metal wire 7 made of Au is provided between the semiconductor element base 6 and a predetermined portion of the wiring pattern 4.
Bonding (integrated circuit element substrate 6A: diameter 27μ
m, FET element base 6B: diameter 50 μm).
These chip parts, the thin metal wires 7, and the first main surface 1A are resin layers whose main component is an epoxy material (the physical properties after curing are: thermal expansion coefficient: 9.0 ppm / ° C, Young's modulus: 24.5 GPa, glass. It is sealed so as to be completely shielded from the outside air by a transition point: 150 ° C., a filler addition amount: 85 wt%) 10.
The second surface of the multilayer ceramic substrate 1 opposite to the first main surface 1A
An external electrode layer (Ag-1 wt% Pt) 3 is provided on the main surface 1B. The external electrode layer 3 is electrically connected to the wiring pattern 4 via the inner wiring layer 2 and the through-hole wiring 2A provided inside the multilayer ceramic substrate 1. Since the chip component including the semiconductor element substrate 6 including the integrated circuit element substrate 6A and the FET element substrate 6B, the chip resistor 8 and the capacitor 9 is conductively fixed on the wiring pattern 4 by the solder layer 5, the external electrode layer 3 is formed. Are also electrically connected to these chip components. Here, the inner wiring layer 2 and the through-hole wiring 2A are arranged so as to be embedded in the inner region of the multilayer ceramic substrate 1. Although not shown, a Ni plating layer and an Au plating layer are sequentially provided on the surfaces of the wiring pattern 4 and the external electrode layer 3. Also, chip resistor 8 and capacitor 9
A Ni plating layer and a Sn plating layer are sequentially provided on the electrode of. As described above, all the chip components are completely sealed by the substrate 1, the wiring pattern 4, and the resin layer 10, and the solder layer 5 fixing these chip components is also the chip components 6, 8, 9, Wiring pattern 4, resin layer 1
It is completely sealed by 0.

【0014】次に、はんだ層5について説明する。図2
に、本実施例の半導体装置に適用されるはんだ層の断面
模式図を示す。(a)ははんだ層5の模式図であり、S
n−5wt%Sb合金(融点:230〜240℃)から
なるマトリックス金属5A中に、アルミナ(平均粒径:
約1μm)からなる非金属粉末5Bが分散された構成を
有している。アルミナ非金属粉末5Bの添加量は50vo
l% であり、残部の50vol% はマトリックス金属5A
が占有している。(b)は半導体素子基体6(6A,6
B)が搭載されている部分の拡大断面模式図である。半
導体素子基体6は(a)の構成からなるはんだ層5によ
り、基板1上の配線パターン4に導電的に固着されてい
る。基板1,配線パターン4,半導体素子基体6(6
A,6B),はんだ層5は樹脂層10によって封止され
ている。配線パターン4の表面にはNiめっき層(5μ
m、図示を省略)とAuめっき層(1μm、図示を省
略)が順次設けられている。ここで、半導体素子基体6
(6A,6B)の被固着面にはTi(0.15μm)−
Ni(0.6μm)−Au(0.2μm)積層金属層60
5が蒸着により形成されている。(c)はチップ抵抗
8,コンデンサ9が搭載されている部分の拡大断面模式
図である。チップ抵抗8やコンデンサ9も(a)の構成
からなるはんだ層5により、基板1上の配線パターン4
に導電的に固着されている。ここで、チップ抵抗8及び
コンデンサ9にはAg厚膜からなる電極105が設けら
れている。図示を省略しているけれどもAg厚膜の表面
にはNiめっき層(5μm),Snめっき層(1μm)
が順次設けられている。しかし、チップ部品6,8,9
が固着(1次実装はんだ付け)された後は、配線パター
ン4上のAuめっき層,積層金属層605上のAu層,
電極105上のSnめっき層ははんだ層5に融合する。
基板1,配線パターン4,チップ抵抗8及びコンデンサ
9,はんだ層5は樹脂層10によって封止されている。
本発明において特に特徴的な点は、はんだ層5は周囲を
他の固体物質によって完全に封止されている状態にあっ
て、マトリックス金属5Aに非金属粉末5Bが分散され
ていることである。はんだ層5がこのような構成を有す
ることによって、半導体装置11が後続工程でマトリッ
クス5Aが溶融状態になる温度に加熱(2次実装はんだ
付け)された場合でもはんだ材5は実質的に流動せず、
短絡,チップ部品の位置ずれ,チップ部品の放熱性劣化
が回避される。これらのことが本発明において重要な点
である。
Next, the solder layer 5 will be described. Figure 2
FIG. 3 shows a schematic sectional view of a solder layer applied to the semiconductor device of this example. (A) is a schematic diagram of the solder layer 5, S
In a matrix metal 5A made of an n-5 wt% Sb alloy (melting point: 230 to 240 ° C.), alumina (average particle size:
The non-metal powder 5B of about 1 μm) is dispersed. The addition amount of the non-metallic alumina powder 5B is 50 vo
l% and the remaining 50 vol% is matrix metal 5A
Are occupied by. (B) shows the semiconductor element substrate 6 (6A, 6
It is an expanded sectional schematic diagram of the part in which B) is mounted. The semiconductor element substrate 6 is electrically conductively fixed to the wiring pattern 4 on the substrate 1 by the solder layer 5 having the structure (a). Substrate 1, wiring pattern 4, semiconductor element substrate 6 (6
A, 6B) and the solder layer 5 are sealed by the resin layer 10. On the surface of the wiring pattern 4, a Ni plating layer (5 μm
m, not shown) and an Au plating layer (1 μm, not shown) are sequentially provided. Here, the semiconductor element substrate 6
Ti (0.15 μm) -on the adhered surface of (6A, 6B)
Ni (0.6 μm) -Au (0.2 μm) laminated metal layer 60
5 is formed by vapor deposition. (C) is an enlarged schematic sectional view of a portion where the chip resistor 8 and the capacitor 9 are mounted. The chip resistor 8 and the capacitor 9 also have the wiring pattern 4 on the substrate 1 by the solder layer 5 having the structure (a).
Is electrically conductively fixed to. Here, the chip resistor 8 and the capacitor 9 are provided with an electrode 105 made of an Ag thick film. Although not shown, the surface of the Ag thick film has a Ni plating layer (5 μm) and a Sn plating layer (1 μm).
Are provided in sequence. However, chip parts 6, 8, 9
After being fixed (first mounting soldering), the Au plating layer on the wiring pattern 4, the Au layer on the laminated metal layer 605,
The Sn plating layer on the electrode 105 merges with the solder layer 5.
The substrate 1, the wiring pattern 4, the chip resistor 8, the capacitor 9, and the solder layer 5 are sealed with a resin layer 10.
A particularly characteristic feature of the present invention is that the non-metallic powder 5B is dispersed in the matrix metal 5A while the periphery of the solder layer 5 is completely sealed by another solid substance. With the solder layer 5 having such a configuration, the solder material 5 is substantially fluidized even when the semiconductor device 11 is heated to a temperature at which the matrix 5A is in a molten state (secondary mounting soldering) in a subsequent step. No
Short circuits, displacement of chip parts and deterioration of heat dissipation of chip parts are avoided. These are important points in the present invention.

【0015】次に、はんだ層5がマトリックス金属のみ
で構成された場合の問題点について説明する。図3はは
んだ層がマトリックス金属のみで構成される際の問題点
を説明する断面模式図である。ここで、(a),(b)
は主としてヤング率の高い樹脂(例えばエポキシ樹脂)
10によって封止された場合に生じやすい問題点、
(c),(d)は主としてヤング率が低く熱膨張率が高
い樹脂(例えばゲル樹脂)10によって封止された場合
に生じやすい問題点を示す。(a)はチップ部品の電極
間が溶融はんだの流動によって短絡する場合の状態を説
明する断面模式図である。はんだ層5の再溶融による内
圧Pの上昇(825MPa)によって、チップ部品8,
9近傍の樹脂10が剥離(チップ部品−封止樹脂間)
し、それによって生ずる空隙に沿って溶融はんだ材5a
が流出する。この流出が進むと電極105間が短絡され
る。(b)は溶融はんだの流動によって周辺の配線パタ
ーン間が短絡する場合の状態を説明する断面模式図であ
る。はんだ層5の再溶融による内圧Pの上昇によってチ
ップ部品8,9近傍の樹脂10が剥離(基板−封止樹脂
間)し、それによって生ずる空隙に沿って溶融はんだ材
5aが流出する。この流出が進むと配線パターン4間が
短絡される。(c)は溶融はんだの流動及び封止樹脂の
熱変形によってチップ部品が浮き上がる状態を説明する
断面模式図である。これはチップ部品が半導体素子基体
6(6A,6B)の場合に生じやすい現象で、樹脂10
の熱的変形に基づく外力により半導体素子基体6がY方
向に浮き上がり、これに伴ってはんだ層5の周縁部が狭
められる。この結果、はんだ層5は大半の領域にわたっ
て熱伝導が阻害される状態になる。特にFET素子基体
6Bは発熱量が大きく、(c)の現象は正常な電気的動
作をする上での障害になる。(d)はチップ部品が受動
部品8,9である場合に生じやすい現象で、樹脂10の
熱的変形に基づく外力により部品8,9がY方向に浮き
上がったり、X方向へ移動(位置ずれ)する。特に位置
ずれが進んだ場合は、溶融はんだ材5によって配線パタ
ーン4間が短絡される。また、図示していないけれど
も、位置ずれが進むことによってはんだ層5が切断さ
れ、電極105と配線パターン4の間は電気的に遮断さ
れた状態になる。
Next, the problem when the solder layer 5 is composed only of a matrix metal will be described. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a problem when the solder layer is composed of only matrix metal. Where (a), (b)
Is mainly a resin with a high Young's modulus (eg epoxy resin)
Problems that often occur when sealed by 10,
(C) and (d) show problems that are likely to occur mainly when the resin is sealed with a resin (for example, gel resin) 10 having a low Young's modulus and a high thermal expansion coefficient. (A) is a schematic cross-sectional view illustrating a state in which a short circuit occurs between electrodes of a chip component due to a flow of molten solder. By increasing the internal pressure P (825 MPa) due to the remelting of the solder layer 5, the chip component 8,
Resin 10 in the vicinity of 9 peels off (between chip component and sealing resin)
The molten solder material 5a along the voids created thereby.
Is leaked. When this outflow proceeds, the electrodes 105 are short-circuited. (B) is a schematic cross-sectional view illustrating a state in which the peripheral wiring patterns are short-circuited by the flow of the molten solder. The resin 10 in the vicinity of the chip components 8 and 9 is peeled off (between the substrate and the sealing resin) due to the increase in the internal pressure P due to the remelting of the solder layer 5, and the molten solder material 5a flows out along the void created thereby. When this outflow progresses, the wiring patterns 4 are short-circuited. (C) is a schematic cross-sectional view illustrating a state in which the chip component is lifted up by the flow of molten solder and the thermal deformation of the sealing resin. This is a phenomenon that tends to occur when the chip component is the semiconductor element substrate 6 (6A, 6B).
The semiconductor element substrate 6 is lifted in the Y direction by an external force based on the thermal deformation of the solder layer 5, and the peripheral portion of the solder layer 5 is narrowed accordingly. As a result, the solder layer 5 is in a state where the heat conduction is obstructed over most of the area. In particular, the FET element substrate 6B has a large amount of heat generation, and the phenomenon of (c) becomes an obstacle to normal electrical operation. (d) is a phenomenon that tends to occur when the chip components are passive components 8 and 9, and the components 8 and 9 float up in the Y direction or move in the X direction (positional shift) due to external force based on thermal deformation of the resin 10. To do. In particular, when the positional deviation progresses, the molten solder material 5 short-circuits the wiring patterns 4. Although not shown in the figure, the solder layer 5 is cut due to the progress of displacement, and the electrode 105 and the wiring pattern 4 are electrically disconnected.

【0016】引き続き図2に戻って説明を続ける。2次
実装はんだ付け工程でマトリックス5Aが再溶融した場
合は、固相状態から液相状態に変化する過程でその体積
は約16%膨張する。一方、非金属粉末5Bはマトリッ
クス金属5Aよりも融点が高いため、マトリックス金属
5Aが溶融状態になっても固相状態が維持されるから、
非金属粉末5Bが分担する体積膨張分は無視できる程度
に小さい。非金属粉末5Bがはんだ層5に占める体積率
は50vol% であるから、はんだ層5の実質的な膨張は
約8%に抑えられる。この値は、はんだ層がマトリック
ス金属だけで構成される場合の1/2である。1/2の
体積膨張によってはんだ層5に生ずる内圧は413MP
a(42kgf/mm2)であり、はんだ層がマトリックス金
属だけで構成される場合の825MPa(84.1kgf/
mm2)より大幅に低減される。この結果、封止樹脂の接
合界面の剥離が抑制されるため、剥離空隙に沿った溶融
はんだ材の流出や、電極105間や配線パターン4間の
短絡(図2(a),(b)参照)が防止される。また、
仮に封止樹脂の接合界面が剥離してはんだ層5の流動が
始まる場合でも、非金属粉末5Bは微小な剥離空隙に堆
積して溶融マトリックス5aの流動を抑制する役割(目
詰まり現象)を有する。
Next, returning to FIG. 2, the description will be continued. When the matrix 5A is remelted in the secondary mounting soldering process, its volume expands by about 16% in the process of changing from the solid phase state to the liquid phase state. On the other hand, since the non-metal powder 5B has a higher melting point than the matrix metal 5A, the solid state is maintained even when the matrix metal 5A is in a molten state.
The volume expansion amount shared by the non-metal powder 5B is so small that it can be ignored. Since the volume ratio of the non-metal powder 5B to the solder layer 5 is 50 vol%, the substantial expansion of the solder layer 5 can be suppressed to about 8%. This value is 1/2 that in the case where the solder layer is composed only of the matrix metal. Internal pressure generated in the solder layer 5 by ½ volume expansion is 413MP
a (42 kgf / mm 2 ), and the solder layer is composed only of matrix metal, 825 MPa (84.1 kgf /
mm 2 ). As a result, peeling of the bonding interface of the sealing resin is suppressed, so that the molten solder material flows out along the peeling void, or a short circuit occurs between the electrodes 105 or between the wiring patterns 4 (see FIGS. 2A and 2B). ) Is prevented. Also,
Even if the bonding interface of the sealing resin peels off and the flow of the solder layer 5 starts, the non-metal powder 5B has a role of suppressing the flow of the molten matrix 5a (clogging phenomenon) by depositing in the minute peeling voids. .

【0017】以上に説明したように、本実施例では固相
状態を維持する非金属粉末5Bの存在によって、はんだ
層5が再溶融してもその実質的体積膨張を小さくし、内
圧の過大な上昇,封止樹脂の剥離,溶融はんだ材の流
出,短絡を抑制し、非金属粉末5Bの目詰まり現象によ
って溶融はんだ材の流出,短絡を抑制することができ
る。
As described above, in the present embodiment, the presence of the non-metal powder 5B that maintains the solid phase state reduces the substantial volume expansion of the solder layer 5 even if it is re-melted, resulting in an excessive internal pressure. It is possible to suppress the rise, peeling of the sealing resin, the outflow of the molten solder material and the short circuit, and the outflow and the short circuit of the molten solder material due to the clogging phenomenon of the non-metal powder 5B.

【0018】本発明では、基板1に搭載したチップ部品
を封止する封止樹脂10はヤング率の高いエポキシ材に
は限らない。例えばゲル樹脂(ヤング率:0.98MP
a,熱膨張率:950ppm/℃,針入度:55〜90
(1/10mm)),シリコーン樹脂(ヤング率:11G
Pa,熱膨張率:30ppm/℃)のようにヤング率が低
く熱膨張率が高い樹脂10で封止した場合は、1次実装
はんだ材がマトリックス金属のみで構成されているとそ
の再溶融によって搭載チップ部品の“浮き”や“位置ず
れ”を生ずる。浮きは、チップ部品が所定の搭載位置か
ら持ち上げられる(基板に対して縦方向に浮き上がる、
図3(c)参照)モードとして現われる。位置ずれは、
所定の搭載位置から外れて基板に対して水平方向にずれ
る(図3(d)参照)モードとして現われる。このよう
な浮きや位置ずれは半導体装置の回路機能消失につなが
るため好ましくない。これは本発明者らの検討による
と、1次実装はんだ材の再溶融によって固着状態から解
放されたチップ部品が、樹脂の熱膨張や熱変形に伴う外
力の印加によって、基板に対して水平方向や縦方向に移
動させられることに起因する。
In the present invention, the sealing resin 10 for sealing the chip components mounted on the substrate 1 is not limited to the epoxy material having a high Young's modulus. For example, gel resin (Young's modulus: 0.98MP
a, coefficient of thermal expansion: 950 ppm / ° C, penetration: 55 to 90
(1 / 10mm)), silicone resin (Young's modulus: 11G
Pa, thermal expansion coefficient: 30 ppm / ° C.) When sealed with resin 10 having a low Young's modulus and a high thermal expansion coefficient, if the primary mounting solder material is composed only of matrix metal, it will be re-melted. It causes "floating" and "misalignment" of mounted chip parts. The floating means that the chip component is lifted from a predetermined mounting position (floating vertically with respect to the board,
3 (c)) mode. The displacement is
It appears as a mode in which the plate is deviated from the predetermined mounting position and horizontally displaced with respect to the substrate (see FIG. 3D). Such floating or displacement is not preferable because it leads to loss of the circuit function of the semiconductor device. According to the study by the present inventors, this is because the chip component released from the fixed state by remelting of the primary mounting solder material is applied in the horizontal direction with respect to the substrate by the application of external force due to thermal expansion or thermal deformation of the resin. And that can be moved in the vertical direction.

【0019】上述したようにマトリックスのみで構成さ
れるはんだ材はその再溶融によって高い内圧を持つか
ら、周囲環境が崩れること(封止樹脂の剥離や樹脂の変
形)によって加速的に流動変形する。これに対し本実施
例においては、非金属粉末5Bはマトリックス金属5A
が再溶融した場合にはんだ層5の実質的な流動性を低下
させる(換言すると粘度を高める)作用を持つ。ここ
で、非金属粉末5Bは (1)溶融マトリックス5B自体の流動を遮る抵抗物質
の役割、(2)液相(溶融マトリックス金属5B)−固
相(非金属粉末5B)間の接触面積を増して両者間の接
合力を高める役割(溶融マトリックス5Bのちぎれ抑
制)を有する。上記(1),(2)の作用により、はん
だ層5の実質的流動性は低下し、浮きや位置ずれが抑制
される。このように、本実施例のはんだ層を適用するこ
とにより、非金属粉末5Bによって再溶融はんだ層5の
粘度を実質的に高め、外力印加に伴うチップ部品の移動
を抑制するとともに、断線,浮きや位置ずれを抑制する
ことができる。
As described above, since the solder material composed only of the matrix has a high internal pressure due to its remelting, the surrounding environment collapses (peeling of the sealing resin or deformation of the resin) to accelerate fluid deformation. On the other hand, in this embodiment, the non-metal powder 5B is the matrix metal 5A.
Has a function of lowering the substantial fluidity of the solder layer 5 (in other words, increasing the viscosity) when remelted. Here, the non-metal powder 5B increases (1) the role of a resistance substance that blocks the flow of the molten matrix 5B itself, and (2) increases the contact area between the liquid phase (molten matrix metal 5B) and the solid phase (non-metal powder 5B). And has a role of increasing the bonding force between the two (suppressing breaking of the molten matrix 5B). Due to the effects of (1) and (2) above, the substantial fluidity of the solder layer 5 is lowered, and floating and displacement are suppressed. As described above, by applying the solder layer of the present embodiment, the viscosity of the remelted solder layer 5 is substantially increased by the non-metal powder 5B, the movement of the chip component due to the application of the external force is suppressed, and the disconnection and the floating are caused. And positional deviation can be suppressed.

【0020】また、はんだ材5に添加する粉末を非金属
の粉末とすることにより以下の利点を有する。(1)金
属粉末と比較した場合、一般的に非金属粉末は密度が小
さいため、はんだ材中での分散性を向上することができ
る。(2)温度サイクルによりはんだ材にクラックが発
生しても、非金属粉末中にクラックが進展することはな
く非金属粉末を迂回してクラックが進展するため、温度
サイクル寿命を延ばすことができる。(3)非金属粉末
は破砕により容易に粒度調整(選別)ができるため、低
コストで作製ができる。(4)非金属粉末は環境上有害
となる有害金属イオン等の溶出がない。
Further, the use of non-metallic powder as the powder to be added to the solder material 5 has the following advantages. (1) Generally, the density of the non-metal powder is lower than that of the metal powder, so that the dispersibility in the solder material can be improved. (2) Even if a crack occurs in the solder material due to the temperature cycle, the crack does not propagate in the non-metal powder and the crack propagates by bypassing the non-metal powder, so that the temperature cycle life can be extended. (3) The non-metallic powder can be easily manufactured at low cost because the particle size can be easily adjusted (sorted) by crushing. (4) The non-metal powder does not elute harmful metal ions that are harmful to the environment.

【0021】本発明の半導体装置において、はんだ層5
を構成するマトリックス金属5Aは、環境保全の観点か
らSnが主体の金属又は合金であることが特に望まし
い。このような目的に適合するマトリックス金属5Aと
して、Snからなる金属又はSn,Sb,Zn,Cu,
Ni,Au,Ag,P,Bi,In,Mn,Mg,S
i,Ge,Ti,Zr,V,Hf,Pdの群から選択さ
れた2種以上からなる合金を選択し得る。例えば、Sn
−3.5wt%Ag,Sn−3wt%Ag−0.8wt%C
uで代表されるようなSn−Ag系合金,Sn−5wt
%Sb,Sn−10wt%Sb,Sn−5wt%Sb−
0.6wt%Ni−0.05wt%Pで代表されるような
Sn−Sb系合金,Sn−58wt%Biで代表される
ようなSn−Bi系合金,Sn−0.7wt%Cu で代
表されるようなSn−Cu系合金,Sn−52wt%I
nで代表されるようなSn−In系合金,Sn−9wt
%Znで代表されるようなSn−Zn系合金,In−1
0wt%Agで代表されるようなIn−Ag系合金、そ
してAu−20wt%Snで代表されるようなAu−S
n系合金に置き換えてもよい。また、Sn−8.5wt
%Zn−1.5wt%In,Sn−4wt%Ag−2w
t%Zn−2wt%Biのように、上述のSn系,Sn
−Ag系,Sn−Sb系,Sn−Bi系,Sn−Cu
系,Sn−In系,Sn−Zn系,In−Ag系、そし
てAu−Sn系はんだ材を任意に組み合わせた合金材を
適用することも可能である。上記合金の中で更に好適な
材料としてSn−3wt%Ag−0.8wt%Cu,S
n−10wt%Sb ,Sn−0.7wt%Cu,Sn−
9wt%Znを挙げることができる。
In the semiconductor device of the present invention, the solder layer 5
It is particularly desirable that the matrix metal 5A constituting the above is a metal or alloy mainly composed of Sn from the viewpoint of environmental protection. As the matrix metal 5A suitable for such purpose, a metal composed of Sn or Sn, Sb, Zn, Cu,
Ni, Au, Ag, P, Bi, In, Mn, Mg, S
An alloy composed of two or more kinds selected from the group of i, Ge, Ti, Zr, V, Hf and Pd can be selected. For example, Sn
-3.5 wt% Ag, Sn-3 wt% Ag-0.8 wt% C
Sn-Ag alloy represented by u, Sn-5wt
% Sb, Sn-10 wt% Sb, Sn-5 wt% Sb-
Represented by Sn-Sb-based alloys represented by 0.6 wt% Ni-0.05 wt% P, Sn-Bi-based alloys represented by Sn-58 wt% Bi, and Sn-0.7 wt% Cu. Sn-Cu based alloy, Sn-52 wt% I
Sn-In based alloy represented by n, Sn-9wt
% Zn, Sn-Zn alloy, In-1
In-Ag based alloys represented by 0 wt% Ag, and Au-S represented by Au-20 wt% Sn.
It may be replaced with an n-based alloy. Also, Sn-8.5wt
% Zn-1.5 wt% In, Sn-4 wt% Ag-2w
t% Zn-2wt% Bi, such as the above-mentioned Sn system, Sn
-Ag system, Sn-Sb system, Sn-Bi system, Sn-Cu
It is also possible to apply an alloy material which is an arbitrary combination of a system, Sn-In system, Sn-Zn system, In-Ag system, and Au-Sn system solder material. Among the above alloys, Sn-3 wt% Ag-0.8 wt% Cu, S is more preferable material.
n-10 wt% Sb, Sn-0.7 wt% Cu, Sn-
9 wt% Zn can be mentioned.

【0022】しかしながら、これらの金属又は合金は圧
倒的に多量のSnが含有されているため、これらの融点
は200℃前後とさほど高くない。また、1次実装後の
はんだ層5には、チップ部品6,8,9の固着部を構成
する金属や、配線パターン4の表面に設けられた金属が
融合される。この融合により、1次実装後のはんだ層5
は更に低い溶融温度を持つようになる(これについては
後述する)。したがって、Snを多量に含むはんだ層5
の場合は2次実装はんだ付けに伴う再溶融,溶融はんだ
材の流出や短絡,断線,浮きや位置ずれの問題を引き起
こしやすいため、これらの防止策を与える本発明の役割
はいっそう重要になる。
However, since these metals or alloys contain an overwhelmingly large amount of Sn, their melting points are not so high as around 200.degree. In addition, the solder layer 5 after the primary mounting is fused with the metal forming the fixing portion of the chip components 6, 8, 9 and the metal provided on the surface of the wiring pattern 4. By this fusion, the solder layer 5 after the primary mounting
Will have an even lower melting temperature (this will be discussed below). Therefore, the solder layer 5 containing a large amount of Sn
In such a case, problems such as remelting due to secondary mounting soldering, outflow of molten solder material, short circuit, disconnection, floating and displacement are likely to occur, and the role of the present invention for providing these preventive measures becomes more important.

【0023】一方、Pbフリー化の点では一歩後退する
けれども、本発明ではPbを含むはんだ材5であっても
チップ部品6,8,9の1次実装用として適用可能であ
る。例えば、Pb−12wt%Sn−8wt%Sb−1
wt%Ag合金,Pb−5wt%Sn,Pb−3.5wt
%Sn−1.5wt%Ag,Sn−60wt%Sn,Sn
−50wt%Snで代表されるようなPb−Sn系合金
を用いることができる。これらの合金の中には、上述し
たSnを多量に含むPbフリーはんだ材より融点の高い
ものが多い。
On the other hand, although it is a step back in terms of making Pb free, in the present invention, even the solder material 5 containing Pb can be applied for the primary mounting of the chip components 6, 8 and 9. For example, Pb-12 wt% Sn-8 wt% Sb-1
wt% Ag alloy, Pb-5wt% Sn, Pb-3.5wt
% Sn-1.5 wt% Ag, Sn-60 wt% Sn, Sn
A Pb-Sn alloy represented by -50 wt% Sn can be used. Many of these alloys have a higher melting point than the Pb-free solder material containing a large amount of Sn as described above.

【0024】しかしながら、1次実装後のはんだ層5に
チップ部品6,8,9の固着部表面の金属や配線パター
ン4の表面金属が融合され、1次実装後のはんだ層5が
低い溶融温度を持つようになる事情は上述と同様である
(これについては後述する)。したがって、Pbを含む
はんだ層5の場合でも、2次実装はんだ付けに伴う再溶
融,溶融はんだ材の流出や短絡,断線,浮きや位置ずれ
の防止策を与える本発明の役割は重要である。
However, the solder layer 5 after the primary mounting is fused with the metal on the surface of the fixed portion of the chip parts 6, 8 and 9 or the surface metal of the wiring pattern 4, so that the solder layer 5 after the primary mounting has a low melting temperature. The circumstances that result in having the same are as described above (this will be described later). Therefore, even in the case of the solder layer 5 containing Pb, the role of the present invention is important to prevent re-melting due to secondary mounting soldering, outflow of molten solder material, short circuit, disconnection, floating and displacement.

【0025】次に、Snを主体に含むはんだ材及びPb
−Sn系はんだ材が周辺材料と融合した場合の融点低下
に関し、そのメカニズムを説明する。
Next, a solder material mainly containing Sn and Pb
With respect to the melting point lowering when the Sn-based solder material is fused with the peripheral material, the mechanism will be described.

【0026】図4はSn−10wt%Sbはんだ材にA
uが融合した場合の融点低下を説明するグラフである。
(a)ははんだ材がAuを融合していない場合の吸熱特
性模式図、(b)はAuを融合している場合の吸熱特性
模式図、(c)は吸熱ピーク高さのAu濃度依存性を示
す。ここで、Auは配線パターン4、あるいは半導体素
子基体6における積層金属層605の表面に設けられた
Auを導入源とする。はんだ材がAuを融合していない
場合(a)は、昇温過程で約245℃にピークを持つ吸
熱反応を生ずる。この反応により、はんだ材は固相から
液相に変化して溶融状態となる。このピークに対応する
吸熱ピーク(ΔP1)は大きな値を示す。Auを融合し
た場合(b)は、(a)における245℃のピークが低
温側へシフトして235℃になるとともに、更に低温の
領域で約221℃の深いピーク(ΔP2)を生ずる。こ
の際、高温側の吸熱ピーク(ΔP1)は(a)の場合の
ピークΔP1より浅くなる。以上の傾向をまとめると
(c)が得られる。高温側のピーク(ΔP1)ははんだ
中のAu濃度を増すにつれ低くなるのに対し、低温側の
ピーク(ΔP2)はAu濃度を増すにつれ高くなる。こ
の傾向から、Auの融合量の少ないはんだ材は高温側ピ
ーク(ΔP1)に対応した反応によって固相から液相に
変化するけれども、Auの融合量を増すにつれ低温側ピ
ーク(ΔP2)の反応が支配的になって低融点化が促進さ
れる。
FIG. 4 shows the case of Sn-10 wt% Sb solder material
It is a graph explaining melting point fall when u fuses.
(A) is a schematic diagram of endothermic characteristics when the solder material is not fused with Au, (b) is a schematic diagram of endothermic characteristics when fused with Au, and (c) is the Au concentration dependence of the endothermic peak height Indicates. Here, Au is the introduction source of the wiring pattern 4 or Au provided on the surface of the laminated metal layer 605 in the semiconductor element substrate 6. When the solder material does not fuse Au (a), an endothermic reaction having a peak at about 245 ° C. occurs in the temperature rising process. By this reaction, the solder material changes from the solid phase to the liquid phase and becomes a molten state. The endothermic peak (ΔP1) corresponding to this peak shows a large value. When Au is fused (b), the peak at 245 ° C. in (a) shifts to the low temperature side to 235 ° C., and a deep peak (ΔP2) of about 221 ° C. is generated in the lower temperature region. At this time, the endothermic peak (ΔP1) on the high temperature side becomes shallower than the peak ΔP1 in the case of (a). The above tendency is summarized as (c). The peak on the high temperature side (ΔP1) decreases as the Au concentration in the solder increases, whereas the peak on the low temperature side (ΔP2) increases as the Au concentration increases. From this tendency, although the solder material with a small amount of Au fusion changes from the solid phase to the liquid phase by the reaction corresponding to the high temperature side peak (ΔP1), the reaction of the low temperature side peak (ΔP2) increases as the amount of Au fusion increases. It becomes dominant and the lowering of the melting point is promoted.

【0027】図5はPb−12wt%Sn−8wt%S
b−1wt%Agはんだ材にSnが融合した場合の融点
低下を説明するグラフである。ここで、Snはチップ部
品8,9の電極105の表面に設けられたSnめっきを
導入源とする。(a)ははんだ材がめっきSnを融合し
ていない場合の吸熱特性模式図、(b)はめっきSnを
融合している場合の吸熱特性模式図、(c)は吸熱ピー
ク高さのSn濃度依存性を示す。はんだ材がめっきSn
を融合していない場合(a)は、昇温過程で約245℃
にピークを持つ吸熱反応を生ずる。この反応により、は
んだ材は固相から液相に変化して溶融状態となる。この
ピークに対応する吸熱ピーク(ΔP1)は大きな値を示
す。めっきSnを融合した場合(b)は、(a)におけ
る245℃のピークが低温側へシフトして230℃にな
るとともに、更に低温の領域で約183℃の深いピーク
(ΔP2)を生ずる。この際、高温側の吸熱ピーク(ΔP
1)は(a)の場合のピークΔP1より浅くなる。以上
の傾向をまとめると(c)が得られる。高温側のピーク
(ΔP1)ははんだ中のめっきSn濃度を増すにつれ低
くなるのに対し、低温側のピーク(ΔP2)はめっきS
n濃度を増すにつれ高くなる。この傾向から、めっきS
nの融合量の少ないはんだ材は高温側ピーク(ΔP1)
に対応した反応によって固相から液相に変化するけれど
も、めっきSnの融合量を増すにつれ低温側ピーク(Δ
P2)の反応が支配的になって低融点化が促進される。
FIG. 5 shows Pb-12 wt% Sn-8 wt% S.
It is a graph explaining melting point fall when Sn fuses to b-1wt% Ag solder material. Here, Sn uses Sn plating provided on the surfaces of the electrodes 105 of the chip components 8 and 9 as an introduction source. (A) is a schematic diagram of endothermic characteristics when the solder material is not fused with plating Sn, (b) is a schematic diagram of endothermic characteristics when fused with plating Sn, and (c) is Sn concentration at endothermic peak height Show dependencies. Solder material is Sn
(A) is not fused, the temperature rise process is about 245 ° C.
An endothermic reaction with a peak at occurs. By this reaction, the solder material changes from the solid phase to the liquid phase and becomes a molten state. The endothermic peak (ΔP1) corresponding to this peak shows a large value. When the plating Sn is fused (b), the peak at 245 ° C in (a) shifts to the low temperature side to 230 ° C, and a deep peak at about 183 ° C in the lower temperature region.
Yields (ΔP2). At this time, the endothermic peak (ΔP
1) is shallower than the peak ΔP1 in the case of (a). The above tendency is summarized as (c). The peak on the high temperature side (ΔP1) decreases as the Sn concentration in the solder increases, while the peak on the low temperature side (ΔP2) decreases with the plating S.
It increases as the n concentration increases. From this tendency, plating S
The peak of the high temperature side (ΔP1) for solder materials with a small fusion amount of n
Although it changes from the solid phase to the liquid phase by the reaction corresponding to, the peak on the low temperature side (Δ
The reaction of P2) becomes dominant and the lowering of the melting point is promoted.

【0028】以上のように、1次実装はんだ付けで周辺
材料を取り込んで低融点化し、2次実装はんだ付けの際
に再溶融しやすくなる問題は、はんだ材5がSnを多量
に含む場合やPbを多量に含む場合のいずれにも共通す
る。
As described above, the problem that the peripheral material is taken in by the primary mounting solder to have a low melting point and is easily re-melted in the secondary mounting soldering is that the solder material 5 contains a large amount of Sn, It is common to all cases where a large amount of Pb is contained.

【0029】本実施例のはんだ層5は、周辺材料の融合
を抑制する点でも有効になる。1次実装はんだ付けにお
ける溶融はんだ材5への周辺材料の溶解量は、(a)は
んだ材5におけるマトリックス金属5Aと周辺材料間の
実質的な接触面積、(b)接触界面における溶融はんだ
材の流動性、の要因で決定付けられる。換言すると、周
辺材料の溶け込み量は接触面積が大きく流動性が高いほ
ど多く、逆に接触面積が小さく流動性が低いほど少な
い。図2で説明したように本実施例の半導体装置11で
は、はんだ層5はSn−5wt%Sb合金マトリックス
金属5A中にアルミナ粉末5Bが分散されており、アル
ミナ粉末5Bとマトリックス金属5Aが占める体積はそ
れぞれ50vol% である。接触界面近傍の溶融マトリッ
クス金属5Aはアルミナ粉末5Bにより遮られるため、
周辺材料との実質的な接触面積が低下する。また、上述
したように溶融マトリックス金属5Aの流動性は低下し
ている(粘度が高められている)。流動性低下によっ
て、周辺材料物質を含有しないフレッシュな溶融マトリ
ックス金属5Aが接触界面に供給されにくくなり、周辺
材料のさらなる溶解が抑制される。この結果、AuやS
nの融合量を減らすことができ、低温側ピーク(ΔP
2)の反応による低融点化を抑制できる。この点も本発
明における重要な作用の1つである。したがって、本実
施例のはんだ材を適用することにより、溶融はんだ材5
の周辺材料との実質的接触面積を小さくし、併せて流動
性を低めることにより、周辺材料物質の溶解とそれに伴
う低融点化を抑制することができる。
The solder layer 5 of this embodiment is also effective in suppressing fusion of peripheral materials. The amount of the peripheral material dissolved in the molten solder material 5 in the primary mounting soldering is (a) the substantial contact area between the matrix metal 5A and the peripheral material in the solder material 5, (b) the molten solder material at the contact interface. It is determined by the liquidity factor. In other words, the amount of the peripheral material melted in is larger as the contact area is larger and the fluidity is higher, and conversely is smaller as the contact area is smaller and the fluidity is lower. As described with reference to FIG. 2, in the semiconductor device 11 of the present embodiment, the solder layer 5 has the alumina powder 5B dispersed in the Sn-5 wt% Sb alloy matrix metal 5A, and the volume occupied by the alumina powder 5B and the matrix metal 5A. Is 50 vol% respectively. Since the molten matrix metal 5A near the contact interface is blocked by the alumina powder 5B,
The substantial contact area with the surrounding material is reduced. Moreover, as described above, the fluidity of the molten matrix metal 5A is lowered (the viscosity is increased). Due to the decrease in fluidity, the fresh molten matrix metal 5A containing no peripheral material substance is less likely to be supplied to the contact interface, and further dissolution of the peripheral material is suppressed. As a result, Au and S
The amount of fusion of n can be reduced, and the low temperature side peak (ΔP
The lowering of the melting point due to the reaction of 2) can be suppressed. This is also one of the important actions in the present invention. Therefore, by applying the solder material of this embodiment, the molten solder material 5
By substantially reducing the contact area with the peripheral material and reducing the fluidity, it is possible to suppress the melting of the peripheral material and the accompanying lowering of the melting point.

【0030】次に、本実施例の半導体装置11の製造方
法について説明する。図12は本実施例の半導体装置に
適用した多層ガラスセラミックス基板を説明する図であ
る。(a)の断面図に示すように、ガラスセラミックス
材1Cの素材と有機物の混合物からなる第1グリーンシ
ート(焼成後の面積が78.8mm×75mm そして焼成後
の厚さが0.25mm になるように調整している)63の
所定部に貫通孔を形成し、この貫通孔に焼成後の組成が
Ag−1wt%Ptになるように調整したペースト18
Bを充填するとともに、配線パターン4を形成するため
のペースト層18Aをスクリーン印刷法により形成す
る。また、(b)に示すように、上述と同様の第2グリ
ーンシート64にも所定部に貫通孔を形成し、この貫通
孔に同様のペースト18Bを充填するとともに、内層配
線層2を形成するためのペースト層18Cをスクリーン
印刷法により形成する。第2グリーンシート64の裏面
には、あらかじめブレークライン(溝)16が設けられ
ている。このブレークライン16は、後続工程で多層ガ
ラスセラミック基板1を分割するとともに、半導体装置
11のサイズ(又は区画)を決定するものである。この区
画は有効領域102個が得られるようになっている。次
いで、上記第1及び2グリーンシート63,64を積層
して1000℃のもとで焼成し、ガラスセラミックス材
1Cの素材とペースト18A,18B,18Cを同時に
焼結させる。この工程を経たグリーンシート63,64
は相互に接合されるとともに、剛性の高い焼結体とな
る。(c)の平面図に示すように、焼結後のグリーンシー
ト63側の表面(多層ガラスセラミックス基板1の第1
主面1Aに対応)には配線パターン4が形成される。配
線パターン4は、反対側の面(多層ガラスセラミックス
基板1の第2主面1Bに対応)に設けられたブレークラ
イン16で構成される区画内に収まるようにパターンニ
ングされている。次いで(d)の平面図に示すように、
反対側の面(第2主面1B)に焼成後の組成がAg−1
wt%Ptになるように調整しかつ焼成後に外部電極層
3となるべきペースト18Dをスクリーン印刷法により
形成し、850℃のもとで空気中で焼成する。この工程を
経て多層ガラスセラミックス基板1が得られる。なお、
この多層ガラスセラミックス基板1上の配線パターン4
と外部電極層3には、Niめっき層(図示を省略、厚
さ:0.5 〜4μm),Auめっき層(図示を省略、厚
さ:0.1 〜2μm)が順次積層して形成される。Ni
めっき層は1次及び2次実装はんだ付けで、はんだ材5
や外部配線接続層用はんだ材12によって配線パターン
4や外部電極層3が浸食されるのを防止する障壁として
作用する。Auめっき層ははんだ材5や外部配線接続層
用はんだ材12に対するぬれ性を付与すると同時に、金
属細線7のワイヤボンディング性を付与する役割を有し
ている。多層ガラスセラミックス基板1は、(e)の断
面図に示すように、複数の区画内に第1主面1Aに設け
られた配線パターン4,内層配線層2,スルーホール配
線2A、そして外部電極層3が設けられ、これらの所定
部間は電気的に連絡されている。また、焼成後の多層ガ
ラスセラミックス基板1は、面積が78.8mm×75mm
そして厚さが0.5mmに調整されている。なお、以上の
工程を経て得られた多層ガラスセラミックス基板1は、
熱膨張率:6.2ppm/℃,熱伝導率:2.5W/m・
K,曲げ強度:2.5GPa,ヤング率:110GP
a,誘電率:5.6(1MHz)なる性能を有してい
る。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device 11 of this embodiment will be described. FIG. 12 is a diagram illustrating a multi-layer glass ceramic substrate applied to the semiconductor device of this example. As shown in the sectional view of (a), the first green sheet made of a mixture of the glass ceramic material 1C and an organic material (the area after firing is 78.8 mm × 75 mm and the thickness after firing is 0.25 mm). Through hole is formed in a predetermined portion of the paste 18 and the paste 18 is adjusted such that the composition after firing is Ag-1 wt% Pt in the through hole.
While filling B, a paste layer 18A for forming the wiring pattern 4 is formed by a screen printing method. Further, as shown in (b), a through hole is formed in a predetermined portion in the same second green sheet 64 as described above, the same paste 18B is filled in this through hole, and the inner wiring layer 2 is formed. The paste layer 18C for forming is formed by the screen printing method. A break line (groove) 16 is provided in advance on the back surface of the second green sheet 64. The break line 16 divides the multilayer glass ceramic substrate 1 in a subsequent process and determines the size (or section) of the semiconductor device 11. In this section, 102 effective areas can be obtained. Next, the first and second green sheets 63 and 64 are laminated and fired at 1000 ° C. to simultaneously sinter the material of the glass ceramic material 1C and the pastes 18A, 18B and 18C. Green sheets 63, 64 after this process
Are bonded to each other and become a highly rigid sintered body. As shown in the plan view of (c), the surface of the green sheet 63 side after sintering (first of the multilayer glass ceramic substrate 1
A wiring pattern 4 is formed on the main surface 1A). The wiring pattern 4 is patterned so as to fit within a section formed by break lines 16 provided on the opposite surface (corresponding to the second main surface 1B of the multilayer glass ceramic substrate 1). Then, as shown in the plan view of (d),
The composition after firing on the opposite surface (second main surface 1B) is Ag-1.
A paste 18D, which is adjusted to have wt% Pt and is to become the external electrode layer 3 after firing, is formed by a screen printing method and fired in air at 850 ° C. Through this step, the multilayer glass ceramic substrate 1 is obtained. In addition,
Wiring pattern 4 on this multilayer glass ceramic substrate 1
On the external electrode layer 3, a Ni plating layer (not shown, thickness: 0.5 to 4 μm) and an Au plating layer (not shown, thickness: 0.1 to 2 μm) are sequentially laminated. It Ni
The plating layer is used for the primary and secondary mounting soldering.
And acts as a barrier that prevents the wiring pattern 4 and the external electrode layer 3 from being eroded by the external wiring connection layer solder material 12. The Au plating layer has a role of imparting wettability to the solder material 5 and the solder material 12 for the external wiring connection layer, and at the same time imparting wire bonding property of the thin metal wire 7. As shown in the sectional view of (e), the multilayer glass-ceramic substrate 1 includes a wiring pattern 4, an inner wiring layer 2, a through-hole wiring 2A, and an external electrode layer provided on the first main surface 1A in a plurality of compartments. 3 is provided, and these predetermined parts are electrically connected. The area of the multilayer glass ceramics substrate 1 after firing is 78.8 mm × 75 mm.
And the thickness is adjusted to 0.5 mm. The multilayer glass ceramic substrate 1 obtained through the above steps is
Thermal expansion coefficient: 6.2 ppm / ° C, thermal conductivity: 2.5 W / m
K, bending strength: 2.5 GPa, Young's modulus: 110 GP
a, dielectric constant: 5.6 (1 MHz).

【0031】多層ガラスセラミックス基板1は、別の性
能〔熱膨張率:12.2ppm/℃,熱伝導率:2.0W/
m・K,曲げ強度:2.0GPa,ヤング率:110G
Pa,誘電率:5.4(1MHz)〕の多層ガラスセラミ
ックス基板、あるいは、アルミナ材を母材とする多層セ
ラミックス基板〔熱膨張率:12.2ppm/℃,熱伝導
率:2.0W/m・K,曲げ強度:2.0GPa,ヤング
率:110GPa,誘電率:5.4(1MHz)〕で代替
することができる。また、多層ガラスセラミックス基板
や多層アルミナセラミックス基板のいずれの場合も、内
層配線層2,スルーホール配線2A,外部電極層3,配
線パターン4はAgからなる導体材料,Cuからなる導
体材料,WやMo等の金属粉末を分散させたCuからな
る導体材料で代替することもできる。
The multilayer glass-ceramic substrate 1 has another performance [coefficient of thermal expansion: 12.2 ppm / ° C., thermal conductivity: 2.0 W /
m · K, bending strength: 2.0 GPa, Young's modulus: 110 G
Pa, dielectric constant: 5.4 (1 MHz)] multi-layer glass-ceramic substrate or multi-layer ceramic substrate using alumina material as a base material [coefficient of thermal expansion: 12.2 ppm / ° C, thermal conductivity: 2.0 W / m] K, flexural strength: 2.0 GPa, Young's modulus: 110 GPa, dielectric constant: 5.4 (1 MHz)]. In any case of the multilayer glass ceramics substrate or the multilayer alumina ceramics substrate, the inner wiring layer 2, the through-hole wiring 2A, the external electrode layer 3, and the wiring pattern 4 are made of Ag conductive material, Cu conductive material, W, It is also possible to substitute a conductive material made of Cu in which a metal powder such as Mo is dispersed.

【0032】図13は以降の半導体装置の製作工程を示
す断面図である。多層ガラスセラミックス基板1の配線
パターン4上に、集積回路素子基体6AやFET素子基
体6Bを含む半導体素子基体6,チップ抵抗8やコンデ
ンサ9(図示を省略)からなるチップ部品が、組成Sn
−5wt%Sbからなるマトリックス金属5Aにアルミ
ナ粉末(粒径:1μm,添加量:50vol% )5Bを分
散してなるはんだ層5により導電的に固着される。この
工程では、はんだ付け後の組成が前述の構成になるよう
に調整されたペースト(マトリックス金属5Aの粉末と
非金属粉末5Bとをあらかじめフラックス剤とともに混
練したペースト)を配線パターン4の所定部に印刷し、
ペースト上にチップ部品6,8,9をセットし、空気中
で265℃に加熱する手順を踏む。この工程を経て、
(a)に示したようにチップ部品6,8,9が多層ガラ
スセラミックス基板1上に導電的に固着される。
FIG. 13 is a sectional view showing the subsequent manufacturing process of the semiconductor device. On the wiring pattern 4 of the multilayer glass ceramics substrate 1, a chip component composed of a semiconductor element substrate 6 including an integrated circuit element substrate 6A and an FET element substrate 6B, a chip resistor 8 and a capacitor 9 (not shown) has a composition Sn.
It is electrically conductively fixed by a solder layer 5 in which an alumina powder (particle size: 1 μm, addition amount: 50 vol%) 5B is dispersed in a matrix metal 5A made of −5 wt% Sb. In this step, a paste (paste in which the powder of the matrix metal 5A and the non-metal powder 5B are kneaded with a flux agent in advance) whose composition after soldering is adjusted to the above-described configuration is applied to a predetermined portion of the wiring pattern 4. Print,
The chip parts 6, 8 and 9 are set on the paste, and the procedure of heating to 265 ° C. in air is followed. Through this process,
As shown in (a), the chip parts 6, 8 and 9 are conductively fixed on the multilayer glass ceramic substrate 1.

【0033】ここで、はんだ層5は図2に示した構成を
有している。この点については既に詳述してあるのでア
ルミナ粉末5Bの役割を述べるにとどめ、他の説明は省
略する。アルミナ粉末5Bの役割は半導体装置11が後
述する2次実装はんだ付けにより配線基板14上に搭載
される過程で発揮される(図6参照)。その役割は、2
次実装はんだ付けの際に、(1)固相状態を維持するア
ルミナ粉末5Bの存在によって、はんだ層5が再溶融し
てもその実質的な体積膨張を小さくし、内圧の過大な上
昇,剥離,溶融はんだ材の流出,短絡を抑制し、アルミ
ナ粉末5Bの目詰まり現象によって溶融はんだ材の流
出,短絡を抑制する、(2)溶融はんだ材5の周辺材料
との接触面積を実質的に小さくし、併せて流動性を低め
ることにより、周辺材料物質の溶解とそれに伴う低融点
化を抑制することである。
Here, the solder layer 5 has the structure shown in FIG. Since this point has already been described in detail, only the role of the alumina powder 5B will be described, and the other description will be omitted. The role of the alumina powder 5B is exhibited in the process of mounting the semiconductor device 11 on the wiring board 14 by the secondary mounting soldering described later (see FIG. 6). Its role is 2
During the next mounting soldering, (1) due to the presence of the alumina powder 5B that maintains the solid state, even if the solder layer 5 is remelted, its substantial volume expansion is reduced, and the internal pressure is excessively increased and peeled. , Suppress the outflow and short circuit of the molten solder material, and suppress the outflow and short circuit of the molten solder material due to the clogging phenomenon of the alumina powder 5B. (2) The contact area of the molten solder material 5 with the peripheral materials is substantially small. At the same time, by lowering the fluidity, it is possible to suppress the dissolution of the peripheral material and the lowering of the melting point.

【0034】マトリックス金属5AとしてSnからなる
金属、又はSn,Sb,Zn,Cu,Ni,Au,A
g,P,Bi,In,Mn,Mg,Si,Ge,Ti,
Zr,V,Hf,Pdの群から選択された2種以上から
なる合金が選択され、非金属粉末5Bとして、酸化物,
窒化物,ホウ化物,炭化物,硫化物,リン化物,ケイ化
物,フッ化物,シリコン単体,ゲルマニウム単体,炭素
単体,ホウ素単体の群から選択された1種類の粉末また
は2種類以上からなる混合粉末が選択された場合も、は
んだ層5が密閉された状態のもとで非金属粉末5Bは上
記(1)及び(2)の好ましい作用を及ぼす。
A metal composed of Sn as the matrix metal 5A, or Sn, Sb, Zn, Cu, Ni, Au, A
g, P, Bi, In, Mn, Mg, Si, Ge, Ti,
An alloy consisting of two or more kinds selected from the group of Zr, V, Hf and Pd is selected, and the non-metal powder 5B is an oxide,
One kind of powder selected from the group consisting of nitride, boride, carbide, sulfide, phosphide, silicide, fluoride, silicon simple substance, germanium simple substance, carbon simple substance, and boron simple substance, or a mixed powder composed of two or more kinds is selected. Even when selected, the non-metal powder 5B exerts the preferable actions of (1) and (2) under the condition where the solder layer 5 is hermetically sealed.

【0035】次いで、(b)に示すように、半導体素子
基体6と配線パターン4の所定部間には、Auからなる
金属細線(集積回路素子基体6A:直径27μm,FE
T素子基体6B:直径50μm)7が200℃のもとで
熱圧着ボンディングされる。ここまでの工程を経た多層
ガラスセラミックス基板1のチップ部品搭載側には、チ
ップ部品6,8,9と金属細線7や第1主面1Aが完全
に被覆されるように、主成分がエポキシ材である樹脂層
(硬化後の物性が、熱膨張率:9.0ppm/℃,ヤング率:
24.5GPa,ガラス転移点:150℃,フィラ添加
量:85wt%)10が印刷され、空気中で110℃×
1.5h,150℃×1.5hの加熱処理を順次施してエ
ポキシ材を硬化する。以上の処理によって、(c)の断
面構造に見られるように、樹脂層10によりチップ部品
6,8,9と金属細線7や第1主面1Aが外気から完全
に遮断される如くに封止される。次に、樹脂モールドさ
れた多層ガラスセラミックス基板1は、曲げモーメント
による外力を印加することによりブレークライン16に
沿って分割される。この際、多層ガラスセラミックス基
板1と樹脂層10は、それぞれの破壊面が実質的に同一
平面に属す形態で破断される。また、外部電極層3もこ
の破断により、多層ガラスセラミックス基板1と樹脂層
10の破壊面と実質的に同一平面に属す形態になる。
Next, as shown in (b), a thin metal wire made of Au (integrated circuit element base 6A: diameter 27 μm, FE, is provided between the semiconductor element base 6 and a predetermined portion of the wiring pattern 4.
The T element substrate 6B (diameter 50 μm) 7 is thermocompression bonded at 200 ° C. On the chip component mounting side of the multilayer glass ceramics substrate 1 which has undergone the steps up to this point, the main component is an epoxy material so that the chip components 6, 8 and 9 and the thin metal wires 7 and the first main surface 1A are completely covered. Is a resin layer
(The physical properties after curing are: thermal expansion coefficient: 9.0 ppm / ° C, Young's modulus:
24.5 GPa, glass transition point: 150 ° C., filler addition amount: 85 wt%) 10 is printed, and 110 ° C. in air ×
The epoxy material is cured by sequentially performing heat treatment for 1.5 hours and 150 ° C. × 1.5 hours. By the above processing, as shown in the sectional structure of (c), the resin layer 10 seals the chip components 6, 8, 9 and the thin metal wires 7 and the first main surface 1A so that they are completely shielded from the outside air. To be done. Next, the resin-molded multilayer glass-ceramic substrate 1 is divided along the break lines 16 by applying an external force due to a bending moment. At this time, the multilayer glass-ceramic substrate 1 and the resin layer 10 are fractured in such a manner that their fracture surfaces substantially belong to the same plane. Further, the external electrode layer 3 also has a form that substantially belongs to the same plane as the fracture surface of the multilayer glass ceramics substrate 1 and the resin layer 10 due to this fracture.

【0036】以上までの工程により、図1に開示した半
導体装置11が得られる。上記工程によれば、個別化分
割に至るプロセスでは、多数個取りの多層ガラスセラミ
ックス基板1単位でチップ部品搭載,ワイヤボンディン
グ,樹脂モールドを施すことができる。このため半導体
装置11の量産性が高まり、経済的なメリットを増す。
Through the above steps, the semiconductor device 11 disclosed in FIG. 1 is obtained. According to the above process, in the process leading to individual division, chip component mounting, wire bonding, and resin molding can be performed on a multi-layered multi-layer glass ceramics substrate 1 unit. Therefore, the mass productivity of the semiconductor device 11 is increased, and the economic merit is increased.

【0037】上記の個別化分割工程では、多層ガラスセ
ラミックス基板1,樹脂層10,外部電極層3は、曲げ
モーメントによる外力を印加している。この半導体装置
11は、例えば回転ブレードを用いた切断により個別化
することも可能である。
In the above-described individualizing and dividing step, an external force due to a bending moment is applied to the multilayer glass ceramics substrate 1, the resin layer 10 and the external electrode layer 3. The semiconductor device 11 can also be individualized by cutting with a rotary blade, for example.

【0038】以上に説明した半導体装置11によれば、
後述する2次実装はんだ付け工程ではんだ層5の再溶融
を生じても、そのマトリックス金属5Aの流出とこれに
伴う短絡を防止することができる。
According to the semiconductor device 11 described above,
Even if re-melting of the solder layer 5 occurs in the secondary mounting soldering process described later, the matrix metal 5A can be prevented from flowing out and a short circuit caused thereby.

【0039】本発明の半導体装置11には、本実施例で
使用した材料以外にも、以下のような材料を使用するこ
とが可能である。
In addition to the materials used in this embodiment, the following materials can be used for the semiconductor device 11 of the present invention.

【0040】厚膜材料としてはAg−Pt系以外の材
料、例えばAg(162Ω・cm,962℃),Pt(10
60Ω・cm,1772℃),Cu(172Ω・cm,10
84℃),Pd(1080Ω・cm,1554℃),Au
(240Ω・cm,1064℃)の群から選択された少な
くとも1種の金属からなる材料に置き換えてもよい。例
えば、組成:Cu(約100wt%)材,Ag−15w
t%Pd材の如き厚膜材料も好適な配線材になり得る。
このような場合に、例えば外部電極層3や配線パターン
4の如き配線層として形成された、Ag,Pt,Cu,
Pd,Auの群から選択された少なくとも1種の金属か
らなる厚膜材料の表面に、Ni層やAu層をめっき法等
で形成しておくことは、厚膜材料表面の品質維持,ワイ
ヤボンディング性の確保,はんだぬれ性の確保,はんだ
材による浸食防止,はんだ付け界面における金属間化合
物の生成防止のために好ましいことである。
As the thick film material, materials other than Ag-Pt based materials such as Ag (162 Ω · cm, 962 ° C.), Pt (10
60Ω ・ cm, 1772 ° C), Cu (172Ω ・ cm, 10
84 ℃), Pd (1080Ω ・ cm, 1554 ℃), Au
It may be replaced with a material composed of at least one metal selected from the group of (240 Ω · cm, 1064 ° C.). For example, composition: Cu (about 100 wt%) material, Ag-15w
Thick film materials such as t% Pd materials can also be suitable wiring materials.
In such a case, for example, Ag, Pt, Cu, formed as a wiring layer such as the external electrode layer 3 or the wiring pattern 4,
Forming a Ni layer or an Au layer on the surface of a thick film material made of at least one kind of metal selected from the group of Pd and Au by plating or the like is to maintain the quality of the surface of the thick film material and wire bonding. This is preferable for securing the solderability, ensuring the solder wettability, preventing the corrosion by the solder material, and preventing the formation of intermetallic compounds at the soldering interface.

【0041】ガラスセラミックス材1Cとしては、例え
ば(1)Al23−2MgO・SiO2−(B23−S
iO2)系〔組成:Al23(35wt%),2MgO
・SiO2(25wt%),B23−SiO2ガラス(4
0wt%)〕、(2)Al23−(CaO−Al23
SiO2−B23)系〔組成:Al23(40wt
%)、CaO−Al23−SiO2−B23ガラス(6
0wt%)〕、(3)Al23−(PbO−SiO2−B2
3)系〔組成:Al23(55wt%),PbO−S
iO2−B23ガラス(45wt%)〕、(4)BaO
−Al23−SiO2−CaO−B23系〔組成:ガラ
ス相にBaAl2SiO6が析出〕、(5)Al23
(B23−SiO2)系〔組成:Al23(50wt
%),B23−SiO2 ガラス(50wt%)〕を用い
ることができる。これらのガラスセラミックス材1Cを
用いて得られる多層セラミックス基板1は、例えば、 (a)Cu配線を施した熱膨張率:5.9ppm/℃,熱伝
導率:2.2W/m・K,曲げ強度:0.2GPa,ヤン
グ率:110GPa,配線抵抗(シート抵抗):3mΩ
/□、 (b)Cu配線を施した熱膨張率:6.2ppm/℃,熱伝
導率:1.3W/m・K,曲げ強度:0.2GPa,ヤン
グ率:100GPa,配線抵抗(シート抵抗):3mΩ
/□、 (c)Cu配線を施した熱膨張率:12.2ppm/℃,熱
伝導率:2.0W/m・K,曲げ強度:0.2GPa,ヤ
ング率:75GPa,配線抵抗(シート抵抗):3mΩ
/□、 (d)Ag又はAg−Pt配線を施した熱膨張率:6.
3ppm/℃,熱伝導率:2.5W/m・K,曲げ強度:
0.25GPa,ヤング率:75GPa,配線抵抗(シ
ート抵抗):3mΩ/□、 (e)Ag又はAg−Pt配線を施した熱膨張率:1
0.4ppm/℃,熱伝導率:4.7W/m・K,曲げ強
度:0.21GPa,ヤング率:75GPa,配線抵抗
(シート抵抗):3mΩ/□ のような特性を有する。
[0041] The glass ceramic material 1C, for example, (1) Al 2 O 3 -2MgO · SiO 2 - (B 2 O 3 -S
iO 2 ) system [composition: Al 2 O 3 (35 wt%), 2MgO
· SiO 2 (25wt%), B 2 O 3 -SiO 2 glass (4
0 wt%)], (2) Al 2 O 3 - (CaO-Al 2 O 3 -
SiO 2 —B 2 O 3 ) system [composition: Al 2 O 3 (40 wt
%), CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 -B 2 O 3 glass (6
0 wt%)], (3) Al 2 O 3- (PbO-SiO 2 -B 2
O 3) based [Composition: Al 2 O 3 (55wt% ), PbO-S
iO 2 -B 2 O 3 glass (45 wt%)], (4) BaO
-Al 2 O 3 -SiO 2 -CaO- B 2 O 3 system [composition: a glass phase BaAl 2 SiO 6 is deposited], (5) Al 2 O 3 -
(B 2 O 3 —SiO 2 ) system [composition: Al 2 O 3 (50 wt
%), B 2 O 3 —SiO 2 glass (50 wt%)] can be used. The multilayer ceramic substrate 1 obtained by using these glass ceramic materials 1C has, for example, (a) Cu wiring applied, thermal expansion coefficient: 5.9 ppm / ° C., thermal conductivity: 2.2 W / m · K, bending Strength: 0.2 GPa, Young's modulus: 110 GPa, wiring resistance (sheet resistance): 3 mΩ
/ □, (b) Thermal expansion coefficient with Cu wiring: 6.2 ppm / ° C, thermal conductivity: 1.3 W / m · K, bending strength: 0.2 GPa, Young's modulus: 100 GPa, wiring resistance (sheet resistance ): 3 mΩ
/ □, (c) Thermal expansion coefficient of Cu wiring: 12.2 ppm / ° C, thermal conductivity: 2.0 W / mK, bending strength: 0.2 GPa, Young's modulus: 75 GPa, wiring resistance (sheet resistance) ): 3 mΩ
/ □, (d) Coefficient of thermal expansion with Ag or Ag-Pt wiring: 6.
3ppm / ℃, thermal conductivity: 2.5W / mK, bending strength:
0.25 GPa, Young's modulus: 75 GPa, wiring resistance (sheet resistance): 3 mΩ / □, (e) Thermal expansion coefficient with Ag or Ag-Pt wiring: 1
It has characteristics such as 0.4 ppm / ° C., thermal conductivity: 4.7 W / m · K, bending strength: 0.21 GPa, Young's modulus: 75 GPa, wiring resistance (sheet resistance): 3 mΩ / □.

【0042】基板1の母材はガラスセラミックス材に限
定されることはなく、一例としてCuにWを分散させた
配線を有する、熱膨張率:7.0ppm/℃,熱伝導率:1
5.2W/m・K,曲げ強度:0.4GPa,ヤング率:3
00GPa,配線抵抗(シート抵抗):4mΩ/□なる
アルミナ基板を用いてもよい。また、基板1の母材であ
るガラスセラミックス材は、窒化アルミニウム,窒化珪
素,ガラス,ベリリヤに置き換えることができる。この
場合、ガラスセラミックス,アルミナ,窒化アルミニウ
ム,窒化珪素,ガラス,ベリリヤのいずれの基板1であ
っても、内層配線層2やスルーホール配線2Aを有して
いることを必須としない。
The base material of the substrate 1 is not limited to the glass-ceramic material. As an example, it has wiring in which W is dispersed in Cu, coefficient of thermal expansion: 7.0 ppm / ° C., thermal conductivity: 1.
5.2 W / mK, bending strength: 0.4 GPa, Young's modulus: 3
An alumina substrate having 00 GPa and wiring resistance (sheet resistance): 4 mΩ / □ may be used. Further, the glass-ceramic material that is the base material of the substrate 1 can be replaced with aluminum nitride, silicon nitride, glass, and beryllia. In this case, it is not essential that any substrate 1 of glass ceramics, alumina, aluminum nitride, silicon nitride, glass, and beryllia has the inner wiring layer 2 and the through hole wiring 2A.

【0043】内層配線層2,スルーホール配線2A,外
部電極層3そして配線パターン4の母材は、配線抵抗が
低い点,焼成又は製作が容易である点,はんだ材による
浸食に耐えられる点等を考慮して選ばれる。この観点か
ら、内層配線層2,スルーホール配線2A,外部電極層
3そして配線パターン4の母材は、Cu,Ag,Pt,
Pd,Auの群から選択された少なくとも1種の金属で
構成されてもよい。この際、厚膜焼成法や物理蒸着法に
よって形成してもよい。特にAg−0.2〜1.5wt%P
t材は配線抵抗(シート抵抗)が約3mΩ/□と低く、
1000℃程度におけるガラスセラミックス材との同時
焼成が容易である。また、Ag−0.2〜1.5wt%P
t材の場合は、例えばSn−3.5wt%Ag材(融
点:221℃)のようにSnを圧倒的多量に含む溶融は
んだ材でチップ部品を固着した場合でも、溶融はんだ材
による浸食はほとんど受けない。Snの添加量がこれよ
り少ないはんだ材を用いる場合は、浸食による問題はほ
とんど回避できる。したがって本発明では、外部電極層
3や配線パターン4がAg−0.2〜1.5wt%Pt材
で構成される場合は、表面にNi層やAu層をめっき形
成することを必須としない。更に、内層配線層2やスル
ーホール配線2Aは、半導体装置11に要求性能に応じ
て、必要がなければ設ける必要はない。
The base material of the inner wiring layer 2, the through-hole wiring 2A, the external electrode layer 3 and the wiring pattern 4 has a low wiring resistance, is easy to fire or manufacture, and is resistant to erosion by a solder material. Is selected in consideration of. From this viewpoint, the base materials of the inner wiring layer 2, the through-hole wiring 2A, the outer electrode layer 3 and the wiring pattern 4 are Cu, Ag, Pt,
It may be composed of at least one metal selected from the group of Pd and Au. At this time, it may be formed by a thick film firing method or a physical vapor deposition method. Especially Ag-0.2-1.5wt% P
The t material has a low wiring resistance (sheet resistance) of about 3 mΩ / □,
Simultaneous firing with the glass ceramic material at about 1000 ° C. is easy. Also, Ag-0.2 to 1.5 wt% P
In the case of the t material, even if the chip component is fixed with a molten solder material containing an overwhelming amount of Sn such as Sn-3.5 wt% Ag material (melting point: 221 ° C), erosion by the molten solder material is almost impossible. I do not receive it. When a solder material containing less Sn is used, problems due to erosion can be almost avoided. Therefore, in the present invention, when the external electrode layer 3 and the wiring pattern 4 are made of Ag-0.2 to 1.5 wt% Pt material, it is not essential to form the Ni layer or the Au layer on the surface by plating. Further, the inner wiring layer 2 and the through-hole wiring 2A are not required to be provided in the semiconductor device 11 if there is no need depending on the required performance.

【0044】樹脂層10としては、硬化後の物性が、熱
膨張率:5〜220ppm/℃ ,ヤング率:1〜50GP
a,ガラス転移点:75〜160℃を有する各種エポキ
シ樹脂で代替できる。また、例えば硬化後の物性が、熱
膨張率:90〜900ppm/℃,ヤング率:0.8〜6.
4MPaを有する各種RTV(Room TemperatureVulcani
zing )ゴム樹脂でも代替できる。更に、前記の各種エ
ポキシ樹脂と各種RTVゴム樹脂を混合して得られる樹
脂で代替してもよい。
The resin layer 10 has the following physical properties after curing: thermal expansion coefficient: 5 to 220 ppm / ° C., Young's modulus: 1 to 50 GP
a, various epoxy resins having a glass transition point: 75 to 160 ° C. can be substituted. Moreover, for example, the physical properties after curing are as follows: thermal expansion coefficient: 90 to 900 ppm / ° C., Young's modulus: 0.8 to 6.
Various RTV (Room Temperature Vulcani) with 4 MPa
zing) Rubber resin can be used instead. Further, a resin obtained by mixing the above various epoxy resins and various RTV rubber resins may be substituted.

【0045】樹脂層10としてのエポキシ材は、硬化後
の物性が、例えば熱膨張率:9.0ppm/℃,ヤング率:
24.5GPa,ガラス転移点:150℃,フィラ添加
量:85wt%のものだけでなく、例えば硬化後の物性
が、熱膨張率:14ppm/℃,ヤング率:8.8GPa,
ガラス転移点:136℃,フィラ添加量:74wt%の
ような、硬化後のヤング率が1〜50GPa,熱膨張率
が5〜220ppm /℃の範囲のエポキシ樹脂に置き換え
ることが可能である。また、樹脂層10は搭載部品を機
械的に保護したり気密的に封止できれば、エポキシ樹脂
組成物以外の熱硬化性又は熱可塑性の樹脂及び充填剤等
を含有する樹脂組成物を使用できる。熱硬化性樹脂とし
てはエポキシ樹脂が好ましく、この際液状や固形状のい
ずれも使用できる。液状エポキシ樹脂はトランスファモ
ールド等の公知の方法で形成処理することができる。熱
可塑性樹脂としてのポリフェニレンサルファイド(PP
S),ポリブトレンテレフタレート(PBT)等は射出
成形法により形成処理することができる。エポキシ樹脂
としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂,テトラブ
ロムビスフェノールA型エポキシ樹脂,ビスフェノール
F型エポキシ樹脂,ビスフェノールA/F型エポキシ樹
脂,ビスフェノールAD型エポキシ樹脂,フェノールノ
ボラック型エポキシ樹脂,クレゾールノボラック型エポ
キシ樹脂,ビフェニル型エポキシ樹脂等を使用できる。
更に、耐熱性向上のために脂環式エポキシ樹脂を単独で
使用あるいは併用することもできる。脂環式エポキシ樹
脂として例えば、3,4−エポキシシクロヘキシメチル
−(3,4−エポキシ)シクロヘキサンカルボキシレー
ト、4−(1,2−エポキシプロピル)−1,2−エポ
キシシクロヘキサン、2−(3,4−エポキシ)シクロ
ヘキシル−5,5−スピロ(3,4−エポキシ)シクロ
ヘキサン−m−ジオキサン等を挙げることができる。ま
た、エポキシ樹脂の硬化剤としては、アミン系硬化剤,
酸無水物系硬化剤,フェノール樹脂等を使用できる。ア
ミン系硬化剤としては、ジエチレントリアミン,ビス
(アミノメチル)シクロヘキサン,ジアミノジフェニル
メタン,ジアミノジフェニルスルフォン等を挙げること
ができる。酸無水物系硬化剤としては、メチルテトラヒ
ドロ無水フタル酸,無水メチルハイミック酸,ナジック
酸無水物等を挙げることができる。フェノール樹脂とし
ては、フェノールノボラック樹脂,フェノールアルキル
樹脂等を挙げることができる。また、樹脂層10として
のエポキシ材は、ヤング率が小さく、熱膨張率が高い樹
脂でも代替できる。例えば、硬化後の物性が、熱膨張
率:14ppm/℃,ヤング率:8.8GPa,ガラス転移
点:136℃,フィラ添加量:74wt%のような、硬
化後の熱膨張率が5〜22ppm/℃の範囲のエポキシ樹
脂に置き換えることが可能である。
The epoxy material as the resin layer 10 has physical properties after curing, for example, thermal expansion coefficient: 9.0 ppm / ° C., Young's modulus:
24.5 GPa, glass transition point: 150 ° C., filler addition amount: 85 wt%, as well as physical properties after curing such as thermal expansion coefficient: 14 ppm / ° C., Young's modulus: 8.8 GPa,
It is possible to replace with an epoxy resin having a Young's modulus after curing of 1 to 50 GPa and a coefficient of thermal expansion of 5 to 220 ppm / ° C. such as a glass transition point: 136 ° C. and an amount of filler added: 74 wt%. Further, as the resin layer 10, a resin composition containing a thermosetting or thermoplastic resin other than the epoxy resin composition, a filler, and the like can be used as long as it can mechanically protect mounted components or hermetically seal the components. The thermosetting resin is preferably an epoxy resin, and in this case, either liquid or solid form can be used. The liquid epoxy resin can be formed by a known method such as transfer molding. Polyphenylene sulfide (PP) as a thermoplastic resin
S), polybutene terephthalate (PBT) and the like can be formed by an injection molding method. As the epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, tetrabromobisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol A / F type epoxy resin, bisphenol AD type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin , Biphenyl type epoxy resin, etc. can be used.
Further, the alicyclic epoxy resin may be used alone or in combination for improving heat resistance. Examples of the alicyclic epoxy resin include 3,4-epoxycyclohexylmethyl- (3,4-epoxy) cyclohexanecarboxylate, 4- (1,2-epoxypropyl) -1,2-epoxycyclohexane, and 2- (3 , 4-epoxy) cyclohexyl-5,5-spiro (3,4-epoxy) cyclohexane-m-dioxane and the like can be mentioned. Further, as a curing agent for epoxy resin, an amine curing agent,
An acid anhydride type curing agent, a phenol resin, etc. can be used. Examples of the amine curing agent include diethylenetriamine, bis (aminomethyl) cyclohexane, diaminodiphenylmethane, diaminodiphenylsulfone and the like. Examples of the acid anhydride-based curing agent include methyltetrahydrophthalic anhydride, methylhymic acid anhydride, and nadic acid anhydride. Examples of the phenol resin include phenol novolac resin and phenol alkyl resin. The epoxy material as the resin layer 10 can be replaced with a resin having a small Young's modulus and a high coefficient of thermal expansion. For example, the physical properties after curing are as follows: thermal expansion coefficient: 14 ppm / ° C., Young's modulus: 8.8 GPa, glass transition point: 136 ° C., filler addition amount: 74 wt%, the thermal expansion coefficient after curing is 5 to 22 ppm. It is possible to replace it with an epoxy resin in the range of / ° C.

【0046】充填剤としては、溶融シリカ,結晶シリ
カ,アルミナ,酸化マグネシウム,炭酸マグネシウム,
炭化カルシウム,ドロマイト,水酸化アルミニウム,水
酸化マグネシウム,フッ化カルシウム,フッ化マグネシ
ウム,フッ化アルミニウム,タルク,クレー,マイカ等
を使用でき、形状は破砕状,球状,繊維状のいずれであ
ってもよい。これらの充填剤の平均粒径は0.1〜30
μmの範囲が好ましい。この理由は、粒径が0.1μm
より小さい場合は粘度が高くなって作業性を害すこと、
そして粒径が30μm大きい場合は狭部への充填が困難
になることによる。また、充填剤の添加量を調節するこ
とにより、樹脂層10の硬化後の膨張率を所望の範囲に
調整することができる。すなわち、充填剤添加量を増や
せば熱膨張率を小さくすることができ、減らせば大きく
することができる。これら以外にも、可とう化剤,難燃
剤,着色剤,表面処理剤等を必要に応じて添加すること
ができる。
As the filler, fused silica, crystalline silica, alumina, magnesium oxide, magnesium carbonate,
Calcium carbide, dolomite, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, calcium fluoride, magnesium fluoride, aluminum fluoride, talc, clay, mica, etc. can be used, and the shape can be crushed, spherical or fibrous. Good. The average particle size of these fillers is 0.1 to 30.
The range of μm is preferred. The reason for this is that the particle size is 0.1 μm
If it is smaller, the viscosity becomes higher and the workability is impaired.
When the particle size is large by 30 μm, it becomes difficult to fill the narrow part. Moreover, the expansion coefficient after curing of the resin layer 10 can be adjusted to a desired range by adjusting the addition amount of the filler. That is, the thermal expansion coefficient can be decreased by increasing the filler addition amount, and can be increased by decreasing the addition amount. In addition to these, a softening agent, a flame retardant, a coloring agent, a surface treatment agent and the like can be added as required.

【0047】本発明において、基板1の母材はセラミッ
クス材以外の材料でも代替できる。例えば、ガラス布を
基材としこれにエポキシを含浸させた複合樹脂材(ガラ
スエポキシ,物性が熱膨張率:14ppm /℃,ヤング
率:170GPa)に置き換えることが可能である。ま
た、基材として紙を用い含浸樹脂としてフェノール樹脂
を用いた紙フェノール材、基材にガラス布,ガラス不織
布,紙を用い含浸樹脂としてエポキシ樹脂,ポリイミ
ド,ビスマレイド・トリアジンを用いたコンポジット
材,基材としてガラス布を用い含浸樹脂としてポリイミ
ドを用いたガラスポリイミド材を用いることも可能であ
る。更には、ポリエステル,ポリイミド,ポリイミドア
ミド等のフィルムに配線パターンを形成したフレキシブ
ルプリント基板も使用することができる。これらの基板
1に設ける配線はCu,Niであり、単層であっても多
層であってもよい。
In the present invention, the base material of the substrate 1 can be replaced with a material other than the ceramic material. For example, it is possible to replace it with a composite resin material (glass epoxy, physical expansion coefficient: 14 ppm / ° C., Young's modulus: 170 GPa) in which glass cloth is used as a base material and epoxy is impregnated therein. Also, paper phenolic material using paper as the base material and phenolic resin as the impregnating resin, glass cloth, glass non-woven fabric as the base material, composite material using epoxy resin, polyimide, bismaleide triazine as the impregnating resin, base material It is also possible to use a glass polyimide material using glass cloth as the material and polyimide as the impregnating resin. Furthermore, a flexible printed board in which a wiring pattern is formed on a film of polyester, polyimide, polyimideamide or the like can also be used. The wirings provided on these substrates 1 are Cu and Ni, and may be a single layer or multiple layers.

【0048】半導体素子基体6としてのSi材は、Ga
As材(6.0ppm/℃),SiC(3.7ppm/℃)の如
き化合物半導体材を代表とする、Ga,As,Al,
P,In,Sb,C,Nの群から選択された少なくとも
1種を主成分として含む化合物半導体、あるいはGe材
(6.0ppm/℃)に置き換えてもよい。また、Si材を
含むこれら材料を組み合わせて得られる、例えばSiG
eであってもよい。
The Si material for the semiconductor element substrate 6 is Ga
Ga, As, Al, typified by compound semiconductor materials such as As material (6.0 ppm / ° C.) and SiC (3.7 ppm / ° C.),
It may be replaced with a compound semiconductor containing at least one selected from the group of P, In, Sb, C and N as a main component, or a Ge material (6.0 ppm / ° C.). Also, obtained by combining these materials including Si material, for example, SiG
It may be e.

【0049】Auからなる金属細線7はAl又はSi,
Niを添加したAl材に置き換えることが可能である。
Au材を含めたこれらの代替材は、必要に応じて10〜
100μmの直径を選択できる。
The thin metal wire 7 made of Au is Al or Si,
It is possible to replace with an Al material added with Ni.
These alternative materials, including Au materials, can be
A diameter of 100 μm can be selected.

【0050】外部回路の電気的な接続は、一般的には半
導体装置と熱膨張率の異なる物質を母材にした回路基板
(例えば、ガラスエポキシ基板)上にはんだ付けするこ
とにより達成される。近年では環境保全の観点から、電
子部品搭載に従来適用されてきたPb−Sn系合金材
を、Pbフリー合金で代替することが望まれている。現
在、実用可能なPbフリーはんだ材はSnを圧倒的多量
に含む合金であって、その融点は240℃以下である。
例えば、Sn−5wt%Sbはんだ材(融点:230〜
240℃)を用いて半導体素子を固着(1次実装はんだ
付け)した上記半導体装置が、Sn−3wt%Ag−
0.5wt%Cu はんだ材(融点:221℃)を用いて
回路基板にはんだ付け(2次実装はんだ付け)する場合
は、確実に2次実装するため融点より約40deg高い
温度で加熱する必要がある。このような熱処理において
は、2次実装用はんだ材は勿論のこと1次実装用はんだ
材までも溶融することとなる。本発明者らの検討結果に
よれば、Pbフリーはんだ材は固相状態から液相状態に
変化する過程で約16%の体積膨張を生ずる。1次実装
用はんだ材は樹脂で周囲を封止されており、この体積膨
張によって825MPa(84.1kgf/mm2)と大きな
内圧を生ずる。この結果、封止樹脂の接合界面(樹脂−
セラミックス板間)が剥離し、これによって生じた空隙
を通して溶融1次実装用はんだ材が流出し、配線パター
ン間を短絡する。例えばコンデンサ,抵抗体等のチップ
部品が1次実装された場合は、同様の原因によってチッ
プ部品の電極間が短絡する。このような短絡は、半導体
装置は勿論のこと半導体装置を用いた電子装置の回路機
能までも消失させる。
The electrical connection of the external circuit is generally achieved by soldering on a circuit board (for example, a glass epoxy board) whose base material is a material having a different thermal expansion coefficient from that of the semiconductor device. In recent years, from the viewpoint of environmental protection, it has been desired to replace the Pb-Sn alloy material that has been conventionally applied to mounting electronic components with a Pb-free alloy. Currently, a practical Pb-free solder material is an alloy containing an overwhelmingly large amount of Sn, and its melting point is 240 ° C. or lower.
For example, Sn-5 wt% Sb solder material (melting point: 230-
The above-mentioned semiconductor device in which the semiconductor element is fixed (primary mounting soldering) by using 240 ° C is Sn-3wt% Ag-
When using 0.5 wt% Cu solder material (melting point: 221 ° C) to solder to the circuit board (secondary mounting soldering), it is necessary to heat at a temperature about 40 deg higher than the melting point to ensure the secondary mounting. is there. In such heat treatment, not only the secondary mounting solder material but also the primary mounting solder material is melted. According to the results of studies by the present inventors, the Pb-free solder material causes a volume expansion of about 16% in the process of changing from the solid phase state to the liquid phase state. The periphery of the solder material for primary mounting is sealed with resin, and this volume expansion causes a large internal pressure of 825 MPa (84.1 kgf / mm 2 ). As a result, the bonding interface (resin-
(Between the ceramic plates) is peeled off, and the molten primary mounting solder material flows out through the voids created thereby, causing a short circuit between the wiring patterns. For example, when a chip component such as a capacitor and a resistor is primarily mounted, the electrodes of the chip component are short-circuited due to the same cause. Such a short circuit causes not only the semiconductor device but also the circuit function of an electronic device using the semiconductor device to disappear.

【0051】更に、チップ部品が搭載される基板が樹脂
を母材とする基板である場合は、1次実装用はんだ材に
は高融点のはんだ材は使用できない。この理由は、樹脂
基板の耐熱性はセラミックス材ほどには高くないためで
ある。例えば、ガラスエポキシ基板の場合には250℃
以上の温度で1次実装はんだ付けすると、基板自体の変
質(変色),変性(絶縁劣化),変形等の品質劣化を生
ずる。これを避けるためには、1次実装用はんだ材とし
て250℃を越えない温度で処理できる材料を用いる必
要がある。このような低融点のはんだ材で1次実装した
半導体装置の場合は、後続の2次実装はんだ付けにおけ
る1次実装はんだ材の流出や、これによる短絡,断線,
チップ部品の位置ずれがいっそう加速される。
Further, when the substrate on which the chip component is mounted is a substrate whose base material is resin, a soldering material having a high melting point cannot be used as the soldering material for primary mounting. The reason for this is that the heat resistance of the resin substrate is not as high as that of the ceramic material. For example, 250 ° C for a glass epoxy substrate
When the primary mounting soldering is performed at the above temperature, quality deterioration such as deterioration (discoloration), modification (insulation deterioration), and deformation of the board itself occurs. In order to avoid this, it is necessary to use a material that can be processed at a temperature not exceeding 250 ° C. as a solder material for primary mounting. In the case of a semiconductor device that is primarily mounted with such a low melting point solder material, the outflow of the primary mounting solder material in the subsequent secondary mounting soldering, and the resulting short circuit, disconnection,
The displacement of the chip parts is further accelerated.

【0052】本実施例によれば、上述のような問題を解
決し、基板上に回路素子としてのチップ部品を搭載し、
搭載チップ部品を樹脂封止してなる半導体装置を外部配
線基板に搭載する場合に1次実装はんだ材の流出やこれ
による短絡,断線,チップ部品の位置ずれを防止可能な
信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
According to this embodiment, the above-mentioned problems are solved and a chip component as a circuit element is mounted on the substrate,
Highly reliable semiconductor device capable of preventing outflow of primary mounting solder material, short circuit, disconnection, and displacement of chip parts when mounting a semiconductor device in which mounted chip parts are resin-sealed on an external wiring board Can be provided.

【0053】(実施例2)実施例1によって得た半導体
装置11は配線基板14上に搭載され、図6に示した本
実施例構造体15に適用された。構造体15は配線基板
14の一方の面に設けた厚さ25μmのCu材からなる
外部配線13と半導体装置11の外部電極層3とを、外
部配線接続層12を介して導電的に固着することにより
得られる。この場合、外部配線接続層12としてSn−
3wt%Ag−0.5wtCu はんだ材(融点:221
℃)を用いて固着(作業温度:260℃)されている。
配線基板14はガラスエポキシ材(ガラス繊維クロスに
エポキシ樹脂を含浸させた形態の複合材,熱膨張率:
9.0ppm/℃,ヤング率:35GPa)のように、半導
体装置11の中の多層セラミックス基板1とは熱膨張率
を異にする材料を母材とするものである。また、配線基
板14のサイズは30mm×7mm×0.6mm である。この
ような構造体15においても、内層配線層2やスルーホ
ール配線2Aは、多層セラミックス基板1の内部領域に
埋設される如くに配置されている。
(Embodiment 2) The semiconductor device 11 obtained in Embodiment 1 is mounted on the wiring board 14 and applied to the structure 15 of this embodiment shown in FIG. In the structure 15, the external wiring 13 made of a Cu material having a thickness of 25 μm provided on one surface of the wiring board 14 and the external electrode layer 3 of the semiconductor device 11 are conductively fixed to each other via the external wiring connection layer 12. It is obtained by In this case, as the external wiring connection layer 12, Sn-
3 wt% Ag-0.5 wtCu solder material (melting point: 221
C.) to fix (working temperature: 260.degree. C.).
The wiring board 14 is made of glass epoxy material (composite material in which glass fiber cloth is impregnated with epoxy resin, coefficient of thermal expansion:
The base material is a material having a different coefficient of thermal expansion from the multilayer ceramic substrate 1 in the semiconductor device 11, such as 9.0 ppm / ° C., Young's modulus: 35 GPa). The size of the wiring board 14 is 30 mm × 7 mm × 0.6 mm. Also in such a structure 15, the inner wiring layer 2 and the through-hole wiring 2A are arranged so as to be embedded in the internal region of the multilayer ceramic substrate 1.

【0054】ここで、半導体装置11に収納されている
チップ部品6(6A,6B),8,9は、基板1に設け
られた配線パターン4上にはんだ層5により導電的に固
着(1次実装はんだ付け)されている。はんだ層5は、
実施例1で説明したように、Sn−5wt%Sb合金か
らなるマトリックス金属5Aにアルミナ粉末(粒径:1
μm)5Bを分散させた複合体で構成され、アルミナ粉
末5Bの添加量は50vol% に調整されている。いずれ
のチップ部品6,8,9も基板1,配線パターン4,樹
脂層10によって完全に封止され、これらのチップ部品
を固着しているはんだ層5もチップ部品6,8,9,配
線パターン4,樹脂層10によって完全に封止されてい
る。
Here, the chip parts 6 (6A, 6B), 8 and 9 housed in the semiconductor device 11 are electrically conductively fixed (first order) to the wiring pattern 4 provided on the substrate 1 by the solder layer 5. It has been soldered). The solder layer 5 is
As described in Example 1, the matrix metal 5A made of the Sn-5 wt% Sb alloy was mixed with the alumina powder (particle size: 1
μm) 5B dispersed in the composite, and the amount of alumina powder 5B added is adjusted to 50 vol%. Any of the chip parts 6, 8 and 9 is completely sealed by the substrate 1, the wiring pattern 4 and the resin layer 10, and the solder layer 5 fixing these chip parts is also the chip parts 6, 8 and 9 and the wiring pattern. 4, completely sealed by the resin layer 10.

【0055】このような構造体15においても、はんだ
層5が他の固体物質によって周囲を完全に封止されてい
る部分にあって、マトリックス金属5Aに非金属粉末5
Bが分散された状態にあることが重要な点である。はん
だ層5がこのような構成を有することにより、半導体装
置11が外部配線接続層(Sn−3wt%Ag−0.5w
t%Cuはんだ材)12を用いて2次実装(加熱温度:
260℃)される際、はんだ層5のマトリックス金属
(Sn−5wt%Sb)5Aが溶融状態になってもアル
ミナ粉末5Bは溶融せず固相状態を維持できる。
Also in such a structure 15, the solder layer 5 is in a portion where the periphery is completely sealed by another solid substance, and the non-metal powder 5 is added to the matrix metal 5A.
The important point is that B is in a dispersed state. Since the solder layer 5 has such a structure, the semiconductor device 11 can be connected to the external wiring connection layer (Sn-3wt% Ag-0.5w).
Secondary mounting using t% Cu solder material 12 (heating temperature:
At 260 ° C.), even if the matrix metal (Sn-5 wt% Sb) 5A of the solder layer 5 is in a molten state, the alumina powder 5B is not molten and the solid state can be maintained.

【0056】実施例1において説明した利点ないし効果
は、直接的には構造体15を得る2次実装の過程で享受
できる。その詳細は既述してあるので重複を避けるた
め、要点を示すにとどめる。 (1)固相状態を維持する非金属粉末5Bの存在によっ
て、はんだ層5が再溶融してもその実質的体積膨張を小
さくし、内圧の過大な上昇,剥離,溶融はんだ材の流
出,短絡を抑制し、非金属粉末5Bの目詰まり現象によ
って溶融はんだ材の流出,短絡が抑制する。 (2)固相状態を維持する非金属粉末5Bの存在によっ
て再溶融はんだ層5の実質的粘度を高め、外力印加に伴
うチップ部品の移動を抑制し、浮きや位置ずれを抑制す
る。 (3)溶融はんだ材5の周辺材料との実質的接触面積を
小さくし、併せて流動性を低めることにより、周辺材料
物質の溶解とそれに伴う低融点化を抑制する。
The advantages or effects described in the first embodiment can be directly enjoyed in the secondary mounting process for obtaining the structure 15. Since the details have already been described, only the main points are shown to avoid duplication. (1) Due to the presence of the non-metal powder 5B that maintains the solid state, even if the solder layer 5 is remelted, its substantial volume expansion is reduced, and the internal pressure is excessively increased, peeling, molten solder material flows out, and a short circuit occurs. And the non-metallic powder 5B is clogged to prevent the molten solder material from flowing out and short-circuiting. (2) The presence of the non-metal powder 5B that maintains the solid state increases the substantial viscosity of the remelted solder layer 5, suppresses the movement of the chip component due to the application of external force, and suppresses the floating and displacement. (3) The substantial contact area of the molten solder material 5 with the peripheral material is reduced, and at the same time, the fluidity is lowered to suppress the melting of the peripheral material and the lowering of the melting point thereof.

【0057】本構造体15において、2次実装熱処理で
はんだ層5の再溶融が許されるので、外部配線接続層1
2としてのSn−3wt%Ag−0.5wt%Cu はん
だ材は他の金属又は合金材で代替できる。例えば、Pb
−12wt%Sn−8wt%Sb−1wt%Ag,Pb
−5wt%Sn,Pb−3.5wt%Sn−1.5wt%
Ag,Pb−40wt%Sn,Pb−60wt%Sn,
Pb−85wt%Snで代表されるようなPb−Sn系
合金,Pb−Sn系にBi,Ag,Sb,In,Au,
Zn,Cu,Pd,Mn,Mg,Pの群から選択された
少なくとも1種を添加した合金材を用いることができ
る。また、環境保全の観点から、Snからなる金属、又
はSn,Sb,Zn,Cu,Ni,Au,Ag,P,B
i,In,Mn,Mg,Si,Ge,Ti,Zr,V,
Hf,Pdの群から選択された2種以上からなる合金を
選択し得る。例えば、Sn−3.5wt%Ag ,Sn−
3wt%Ag−0.8wt%Cuで代表されるようなS
n−Ag系合金,Sn−5wt%Sb,Sn−10wt
%Sb,Sn−5wt%Sb−0.6wt%Ni−0.0
5wt%P で代表されるようなSn−Sb系合金,S
n−58wt%Biで代表されるようなSn−Bi系合
金,Sn−0.7wt%Cu で代表されるようなSn−
Cu系合金,Sn−52wt%Inで代表されるような
Sn−In系合金,Sn−9wt%Znで代表されるよ
うなSn−Zn系合金,In−10wt%Agで代表さ
れるようなIn−Ag系合金、そしてAu−20wt%
Snで代表されるようなAu−Sn 系合金に置き換え
てもよい。また、Sn−8.5wt%Zn−1.5wt%
In ,Sn−4wt%Ag−2wt%Zn−2wt%
Biのように、上述のSn系,Sn−Ag系,Sn−S
b系,Sn−Bi系,Sn−Cu系,Sn−In系,S
n−Zn系,In−Ag系、そしてAu−Sn系はんだ
材を任意に組み合わせた合金材を適用することも可能で
ある。上記合金の中で更に好適な材料として、Sn−3
wt%Ag−0.8wt%Cu ,Sn−10wt%S
b,Sn−0.7wt%Cu,Sn−9wt%Znを挙
げることができる。
In the structure 15, since the re-melting of the solder layer 5 is permitted by the secondary mounting heat treatment, the external wiring connection layer 1
The Sn-3 wt% Ag-0.5 wt% Cu solder material as 2 can be replaced with another metal or alloy material. For example, Pb
-12wt% Sn-8wt% Sb-1wt% Ag, Pb
-5wt% Sn, Pb-3.5wt% Sn-1.5wt%
Ag, Pb-40 wt% Sn, Pb-60 wt% Sn,
Pb-Sn alloys represented by Pb-85wt% Sn, Pb-Sn alloys containing Bi, Ag, Sb, In, Au,
An alloy material containing at least one selected from the group consisting of Zn, Cu, Pd, Mn, Mg, and P can be used. Also, from the viewpoint of environmental protection, a metal composed of Sn, or Sn, Sb, Zn, Cu, Ni, Au, Ag, P, B
i, In, Mn, Mg, Si, Ge, Ti, Zr, V,
An alloy composed of two or more kinds selected from the group of Hf and Pd can be selected. For example, Sn-3.5 wt% Ag, Sn-
S represented by 3 wt% Ag-0.8 wt% Cu
n-Ag based alloy, Sn-5wt% Sb, Sn-10wt
% Sb, Sn-5 wt% Sb-0.6 wt% Ni-0.0
Sn-Sb based alloys represented by 5 wt% P, S
Sn-Bi-based alloy represented by n-58 wt% Bi, Sn- represented by Sn-0.7 wt% Cu
Cu-based alloys, Sn-In-based alloys represented by Sn-52wt% In, Sn-Zn-based alloys represented by Sn-9wt% Zn, In represented by In-10wt% Ag -Ag alloy, and Au-20wt%
It may be replaced with an Au-Sn alloy such as represented by Sn. Also, Sn-8.5 wt% Zn-1.5 wt%
In, Sn-4wt% Ag-2wt% Zn-2wt%
Like Bi, the above-mentioned Sn system, Sn-Ag system, Sn-S
b type, Sn-Bi type, Sn-Cu type, Sn-In type, S
It is also possible to apply an alloy material in which an n-Zn-based solder material, an In-Ag-based solder material, and an Au-Sn-based solder material are arbitrarily combined. As a more preferable material among the above alloys, Sn-3
wt% Ag-0.8 wt% Cu, Sn-10 wt% S
b, Sn-0.7 wt% Cu, Sn-9 wt% Zn can be mentioned.

【0058】配線基板14は、物性が例えば熱膨張率:
14ppm/℃ ,ヤング率:170GPaのガラスエポキ
シ材に置き換えることが可能である。また、ガラスエポ
キシ材以外にも、基材として紙を用い含浸樹脂としてフ
ェノール樹脂を用いた紙フェノール材、基材にガラス
布,ガラス不織布,紙を用い含浸樹脂としてエポキシ樹
脂を用いたコンポジット材,基材としてガラス布を用い
含浸樹脂としてポリイミドを用いたガラスポリイミド材
を用いることも可能である。更には、ポリエステル,ポ
リイミド,ポリイミドアミド等のフィルムに配線パター
ンを形成したフレキシブルプリント基板も使用すること
ができる。これらの配線基板14は単層であっても他に
も有機絶縁層を設けたアルミニウム基板上に配線パター
ンを形成した形態の基板を使用することもできる。
The wiring board 14 has physical properties such as a coefficient of thermal expansion:
It can be replaced with a glass epoxy material having 14 ppm / ° C. and Young's modulus: 170 GPa. In addition to the glass epoxy material, paper phenolic material using paper as a base material and phenolic resin as an impregnating resin, glass cloth, glass non-woven fabric as a base material, composite material using paper and epoxy resin as an impregnating resin, It is also possible to use a glass polyimide material using glass cloth as the base material and polyimide as the impregnating resin. Furthermore, a flexible printed board in which a wiring pattern is formed on a film of polyester, polyimide, polyimideamide or the like can also be used. The wiring board 14 may be a single layer or a board having a wiring pattern formed on an aluminum board provided with an organic insulating layer.

【0059】一方、外部配線接続層12としてPb−5
wt%Snのような高温はんだ(融点315℃)を使用
する場合、2次実装温度は最低でも前記融点315℃以
上(通常約330℃)であることが必要であり、配線基
板14として、上述の有機系基板では十分な耐熱性が望
めなくなる。この場合、配線基板14として、ガラスセ
ラミックス,アルミナ,窒化アルミニウム,窒化珪素,
ガラス,ベリリヤの群から選択された1種のセラミック
スを母材として用いた無機系耐熱配線基板を用いること
ができる。
On the other hand, Pb-5 was used as the external wiring connection layer 12.
When using a high temperature solder such as wt% Sn (melting point 315 ° C.), the secondary mounting temperature must be at least the melting point 315 ° C. or higher (usually about 330 ° C.). With the above organic substrate, sufficient heat resistance cannot be expected. In this case, as the wiring board 14, glass ceramics, alumina, aluminum nitride, silicon nitride,
It is possible to use an inorganic heat-resistant wiring board using, as a base material, one kind of ceramics selected from the group consisting of glass and beryllia.

【0060】半導体装置11を搭載する上述の各種基板
の裏面には、更に外部回路へ接続するための配線パター
ンが設けられていることは好ましいことである。この
際、裏面の配線パターンと半導体装置11を搭載するた
めの配線パターンとは、電気的に接続されている。
It is preferable that a wiring pattern for further connecting to an external circuit is provided on the back surface of each of the above-mentioned substrates on which the semiconductor device 11 is mounted. At this time, the wiring pattern on the back surface and the wiring pattern for mounting the semiconductor device 11 are electrically connected.

【0061】また、配線基板14の一方の面に外部配線
13を設けているが、この外部配線13はスルーホール
配線を経由して反対の主面側へ電気的に連絡することが
可能である。また、更に高密度の配線を施す場合には、
配線基板14内に1層以上の内層配線層を設けることも
可能である。
Although the external wiring 13 is provided on one surface of the wiring board 14, the external wiring 13 can be electrically connected to the opposite main surface side via the through hole wiring. . In addition, when wiring with higher density,
It is also possible to provide one or more inner wiring layers in the wiring board 14.

【0062】[0062]

【表1】 [Table 1]

【0063】表1は本発明構造体の不良発生率を説明す
る表である。半導体装置11におけるはんだ層5はSn
−5wt%Sb合金マトリックス金属5A中にアルミナ
粉末5Bを50vol% 分散させたものである。また、非
金属粉末を添加しないSn−5wt%Sb合金を適用し
た同一構造の半導体装置を用いて得た構造体と比較して
いる。本発明構造体15の不良発生率は0.00032
% で、比較用構造体の3.45%に比べて約1/100
00 に低減されている。不良モードは両構造体とも短
絡による回路機能の消失であるけれども、本発明構造体
15の場合はアルミナ粉末5Bの添加によるはんだ材5
の流出防止効果が明確に表れている。
Table 1 is a table for explaining the defect occurrence rate of the structure of the present invention. The solder layer 5 in the semiconductor device 11 is Sn
-5 wt% Sb alloy Matrix metal 5A in which 50 vol% of alumina powder 5B is dispersed. Further, it is compared with a structure obtained by using a semiconductor device having the same structure to which an Sn-5 wt% Sb alloy to which non-metal powder is not added is applied. The defect occurrence rate of the structure 15 of the present invention is 0.00002.
%, About 1/100 of 3.45% of the structure for comparison
It has been reduced to 00. The failure mode is the loss of circuit function due to a short circuit in both structures, but in the case of the structure 15 of the present invention, the solder material 5 by addition of the alumina powder 5B is used.
The effect of preventing the outflow of water is clearly shown.

【0064】[0064]

【表2】 [Table 2]

【0065】表2は各種非金属粉末添加のはんだ材を用
いてチップ部品搭載した半導体装置を外部配線基板上に
接続(2次実装)した構造体の回路機能消失に基づく不
良発生率を示す。ここで言う回路機能消失は、はんだ材
5が再溶融・流出して短絡することによる。いずれの非
金属粉末5Bを添加した場合も、短絡による回路機能消
失不良は0.016%以下であり、比較用構造体(表
1)の3.45%より圧倒的に低い値を示している。は
んだ材5用の非金属粉末5Bとして表2に掲げた全ての
物質が適用可能である。また、非金属粉末5Bとして
は、はんだ材の密度(例えば、Sn:7.3g/cm3,P
b:11.3g/cm3)と同等かそれよりも小さい密度を
有する非金属粉末を用いることが好ましく、はんだ層の
密度ρ1と非金属粉末の密度ρ2の関係を、ρ1≧ρ2
とすることが良い。このような非金属粉末を用いること
により、溶融はんだ材中での沈殿を防ぐことができ、は
んだ材中の非金属粉末の分散性を向上することができ
る。また、本発明において、はんだ材5に添加できる非
金属粉末5Bは、表2に掲げた単体非金属粉末に限られ
ない。酸化物,窒化物,ホウ化物,炭化物,硫化物,リ
ン化物,ケイ化物,フッ化物,シリコン単体,ゲルマニ
ウム単体,炭素単体,ホウ素単体の群から選択された2
種類以上の物質からなる混合粉末材であっても、それが
粉末である限り適用可能である。
Table 2 shows the defect occurrence rate due to the disappearance of the circuit function of the structure in which the semiconductor device mounted with the chip component is connected (secondarily mounted) to the external wiring board by using the solder material to which various non-metal powders are added. The disappearance of the circuit function here is caused by the fact that the solder material 5 is remelted and flows out to cause a short circuit. When any of the non-metal powders 5B was added, the circuit function loss due to short circuit was 0.016% or less, which is far lower than 3.45% of the comparative structure (Table 1). . As the non-metal powder 5B for the solder material 5, all the substances listed in Table 2 are applicable. Further, as the non-metal powder 5B, the density of the solder material (for example, Sn: 7.3 g / cm 3 , P
b: 11.3 g / cm 3 ) It is preferable to use a non-metal powder having a density equal to or lower than that, and the relationship between the density ρ1 of the solder layer and the density ρ2 of the non-metal powder is ρ1 ≧ ρ2
It is good to By using such a non-metal powder, precipitation in the molten solder material can be prevented and the dispersibility of the non-metal powder in the solder material can be improved. Further, in the present invention, the non-metal powder 5B that can be added to the solder material 5 is not limited to the single-metal non-metal powder listed in Table 2. 2 selected from the group of oxide, nitride, boride, carbide, sulfide, phosphide, silicide, fluoride, silicon simple substance, germanium simple substance, carbon simple substance, boron simple substance
Even a mixed powder material composed of more than one kind of substance is applicable as long as it is a powder.

【0066】図7は2次実装後の短絡不良率に及ぼすア
ルミナ粉末粒径の影響を説明するグラフである。アルミ
ナ粉末5Bの粒径が0.05 〜10μmの範囲では、短
絡不良率は0%又はそれに限りなく近い。したがって、
粒径は0.05 〜10μmの範囲を選択することがより
好ましい。また、本発明の半導体装置や構造体は後述す
る電子装置とともに量産品として取り扱われる。この場
合、製品を安定的に生産する観点からは、各製品の不良
率は0.1%(約−3σの水準)であることが望ましい。
したがって本発明では、0.1% までの短絡不良率は許
される範囲である。このような観点から、好ましい範囲
として選択されるアルミナ粉末5Bの粒径は0.05 〜
60μmである。なお、非金属粉末5Bが、酸化物,窒
化物,ホウ化物,炭化物,硫化物,リン化物,ケイ化
物,フッ化物,シリコン単体,ゲルマニウム単体,炭素
単体,ホウ素単体の群から選択された1種類の物質、ま
たは2種類以上の物質からなる混合粉末材の場合であっ
ても、好ましい粒径範囲が0.05 〜60μmで、より
好ましい粒径範囲が0.05 〜10μmである点は同じ
である。なお、はんだ材5における非金属粉末5Bの充
填率を高める観点からは、0.05 〜60μmの範囲で
種々の粒径の非金属粉末5を組み合わせて添加すること
が望ましい。
FIG. 7 is a graph for explaining the influence of the alumina powder particle size on the short circuit defect rate after the secondary mounting. In the case where the particle size of the alumina powder 5B is in the range of 0.05 to 10 μm, the short circuit defect rate is 0% or infinitely close to it. Therefore,
It is more preferable to select the particle size in the range of 0.05 to 10 μm. Further, the semiconductor device and the structure of the present invention are handled as mass-produced products together with the electronic device described later. In this case, it is desirable that the defective rate of each product is 0.1% (about −3σ level) from the viewpoint of stable production of the product.
Therefore, in the present invention, the short circuit defect rate up to 0.1% is within the allowable range. From this point of view, the particle size of the alumina powder 5B selected as a preferable range is from 0.05 to
It is 60 μm. The non-metal powder 5B is one kind selected from the group consisting of oxide, nitride, boride, carbide, sulfide, phosphide, silicide, fluoride, silicon simple substance, germanium simple substance, carbon simple substance and boron simple substance. Even in the case of the substance of No. 1 or a mixed powder material composed of two or more kinds of substances, the preferable particle size range is 0.05 to 60 μm, and the more preferable particle size range is 0.05 to 10 μm. is there. From the viewpoint of increasing the filling rate of the non-metal powder 5B in the solder material 5, it is desirable to add the non-metal powder 5 having various particle diameters in combination in the range of 0.05 to 60 μm.

【0067】図8は2次実装後の短絡不良率に及ぼすア
ルミナ粉末添加量の影響を説明するグラフである。アル
ミナ粉末が無添加の場合は短絡不良率は3.5% と高
く、許される不良率(0.1% ,約−3σの水準)を越
えている。また、アルミナ粉末添加量が3vol% 未満で
も、高い短絡不良率を示している。これは、アルミナ粉
末5Bの量が少なく下記の点を満たし得ないことによ
る。 (1)マトリックス金属5Aの再溶融による体積膨張を
効率よく抑えること (2)再溶融はんだ材5の実質的粘度を十分に高めるこ
と (3)溶融はんだ材5と周辺材料との実質的接触面積を
十分小さくする 一方、アルミナ粉末添加量が3vol% 以上の範囲では0
%と許容される不良率を下回っている。これは、上記
(1)〜(3)の点を満たすのに十分な量のアルミナ粉
末5Bが添加されていることに基づく。これより、短絡
不良を防止する観点からアルミナ粉末添加量は3〜85
vol% の範囲が選択される。以上の傾向は、既述した全
てのマトリックス金属5A及び非金属粉末5Bの場合に
も共通する。
FIG. 8 is a graph for explaining the effect of the amount of alumina powder added on the short circuit failure rate after secondary mounting. When alumina powder is not added, the short-circuit failure rate is as high as 3.5%, which exceeds the allowable failure rate (0.1%, about -3σ level). Further, even when the amount of alumina powder added is less than 3 vol%, a high short circuit failure rate is exhibited. This is because the amount of alumina powder 5B is too small to satisfy the following points. (1) Efficiently suppressing volume expansion due to remelting of the matrix metal 5A (2) Sufficiently increasing the substantial viscosity of the remelting solder material 5 (3) Substantial contact area between the molten solder material 5 and peripheral materials On the other hand, while the amount of alumina powder added is 3 vol% or more,
%, Which is below the allowable defect rate. This is because the alumina powder 5B is added in an amount sufficient to satisfy the above points (1) to (3). From this, the amount of alumina powder added is 3 to 85 from the viewpoint of preventing short-circuit defects.
A range of vol% is selected. The above tendency is common to all the matrix metals 5A and the non-metal powders 5B described above.

【0068】しかしながら、アルミナ粉末5Bの添加量
は半導体装置11や構造体15の信頼性の観点からも考
慮されねばならない。図9は本発明構造体の断線不良率
に及ぼすアルミナ粉末添加量の影響を説明するグラフで
ある。ここで言う断線不良は半導体装置11内部のはん
だ層5のクラック破壊による断線のことであり、温度サ
イクル試験は−20〜110℃で1000回実施してい
る。アルミナ粉末5Bの添加量が0〜75vol% の範囲
では、断線不良率は0%又はそれに限りなく近く優れた
結果が得られている。しかし、75vol% を越えると不
良率を増している。クラック破壊はアルミナ粉末5Bの
添加量が多くなるにつれ、温度変化に基づく過大な歪が
はんだ層5におけるマトリックス金属5Aに集中して作
用するため生ずる。アルミナ粉末5Bの添加量が適切な
範囲では歪を分担するマトリックス金属5Aの領域が拡
がり、過大応力の集中が避けられるためはんだ層5のク
ラック破壊が抑制される。これより、クラック破壊によ
る断線を防止する観点からは、アルミナ粉末添加量は0
〜75vol% の範囲が選択される。以上の傾向は、既述
した全てのマトリックス金属5A及び非金属粉末5Bの
場合にも共通する。
However, the addition amount of the alumina powder 5B must be considered from the viewpoint of the reliability of the semiconductor device 11 and the structure 15. FIG. 9 is a graph for explaining the influence of the amount of alumina powder added on the disconnection failure rate of the structure of the present invention. The disconnection failure referred to here is disconnection due to crack destruction of the solder layer 5 inside the semiconductor device 11, and the temperature cycle test is performed 1000 times at −20 to 110 ° C. When the amount of the alumina powder 5B added is in the range of 0 to 75 vol%, the disconnection failure rate is 0% or almost as close as possible, and excellent results are obtained. However, if it exceeds 75 vol%, the defect rate increases. The crack breakage occurs because as the amount of alumina powder 5B added increases, excessive strain due to temperature changes concentrates on the matrix metal 5A in the solder layer 5. When the addition amount of the alumina powder 5B is in an appropriate range, the region of the matrix metal 5A that shares the strain expands, and the concentration of excessive stress is avoided, so that cracking of the solder layer 5 is suppressed. From this, the amount of alumina powder added is 0 from the viewpoint of preventing disconnection due to crack destruction.
A range of ~ 75 vol% is selected. The above tendency is common to all the matrix metals 5A and the non-metal powders 5B described above.

【0069】以上に説明したように、短絡と断線を防止
する観点から、アルミナ粉末5Bの適正な添加量として
3〜75vol% が選択される。さらに、マトリックス金
属中における粉末粒子の均一な分散性を得る上で、より
好ましい添加量として10〜50vol% が選択される。
この適正添加量は、マトリックス金属5AがSnからな
る金属又はPb,Sn,Sb,Zn,Cu,Ni,A
u,Ag,P,Bi,In,Mn,Mg,Si,Ge,
Ti,Zr,V,Hf,Pdの群から選択された2種以
上からなる合金である場合、非金属粉末5Bが酸化物,
窒化物,ホウ化物,炭化物,硫化物,リン化物,ケイ化
物,フッ化物,シリコン単体,ゲルマニウム単体,炭素
単体,ホウ素単体の群から選択された1種類の物質、ま
たは2種類以上の物質からなる混合粉末材の場合であっ
ても共通する。チップ部品を搭載する以前には、マトリ
ックス金属5Aと非金属粉末5Bはペースト状態である
ことが好ましい。非金属粉末5Bが均一に分散されたペ
ーストを作製する観点からは、非金属粉末5Bの添加量
は5〜30vol% であることが好ましい。
As described above, from the viewpoint of preventing short circuit and disconnection, 3 to 75 vol% is selected as an appropriate addition amount of alumina powder 5B. Further, in order to obtain uniform dispersibility of the powder particles in the matrix metal, a more preferable addition amount is selected from 10 to 50 vol%.
This proper addition amount is a metal whose matrix metal 5A is made of Sn or Pb, Sn, Sb, Zn, Cu, Ni, A.
u, Ag, P, Bi, In, Mn, Mg, Si, Ge,
In the case of an alloy composed of two or more kinds selected from the group of Ti, Zr, V, Hf and Pd, the non-metal powder 5B is an oxide,
Consists of a single substance selected from the group consisting of nitride, boride, carbide, sulfide, phosphide, silicide, fluoride, silicon simple substance, germanium simple substance, carbon simple substance and boron simple substance, or two or more substances The same applies to mixed powder materials. Before mounting the chip component, the matrix metal 5A and the non-metal powder 5B are preferably in a paste state. From the viewpoint of producing a paste in which the nonmetal powder 5B is uniformly dispersed, the addition amount of the nonmetal powder 5B is preferably 5 to 30 vol%.

【0070】上述したように、本実施例の構造体15は
作業温度:260℃のもとで半導体装置11が配線基板
14上に搭載(2次実装はんだ付け)されたものであ
る。この熱処理による半導体装置11の不良発生率は表
1に示したように0.00032% であり、比較用構造体(は
んだ層としてSn−5wt%Sb合金を適用、非金属粉
末無添加)の3.45% に比べて約1/10000に低
減されている。不良モードは両構造体とも短絡による回
路機能の消失であるけれども、本発明構造体15の場合
はアルミナ粉末5Bの添加によるはんだ材5の流出防止
効果が明確に表れている。回路機能の消失(はんだ材5
の流出)が防止されたのは、2次実装熱処理のもとでも
固相状態を維持するアルミナ粉末5Bが、再溶融はんだ
材5の体積膨張を実質的に小さく抑え、内圧の過大な上
昇,剥離,溶融はんだ材の流出,短絡を抑制するととも
に、アルミナ粉末5Bの目詰まり現象によって溶融はん
だ材の流出,短絡が抑制されることによる。また、固相
状態を維持するアルミナ粉末5Bによって再溶融はんだ
材5の実質的粘度を高め、流出や短絡を抑制することも
寄与している。更に、1次実装の際にアルミナ粉末5B
が溶融はんだ材5(特に溶融マトリックス金属5A)
と、配線パターン4上のAuめっき層,チップ部品8,
9の電極105上のSnめっき層,半導体チップ6の積
層金属層605上のAu層の間の接触面積を狭め、Au
やSnのはんだ層5への融合を抑えた点も寄与してい
る。
As described above, the structure 15 of this embodiment is one in which the semiconductor device 11 is mounted (secondary mounting soldering) on the wiring board 14 under the working temperature of 260 ° C. The defect occurrence rate of the semiconductor device 11 due to this heat treatment is 0.00032% as shown in Table 1, which is 3.45% of that of the comparative structure (Sn-5 wt% Sb alloy is applied as the solder layer, non-metal powder is not added). It is reduced to about 1/10000 compared to%. The defective mode is the loss of circuit function due to a short circuit in both structures, but in the case of the structure 15 of the present invention, the effect of preventing the outflow of the solder material 5 by adding the alumina powder 5B is clearly shown. Loss of circuit function (solder material 5
The reason is that the alumina powder 5B, which maintains the solid state even under the secondary mounting heat treatment, substantially suppresses the volume expansion of the remelted solder material 5 and causes an excessive increase in the internal pressure. This is because peeling, the outflow and short circuit of the molten solder material are suppressed, and the outflow and short circuit of the molten solder material are suppressed by the clogging phenomenon of the alumina powder 5B. Further, the alumina powder 5B that maintains the solid phase state increases the substantial viscosity of the remelted solder material 5 and contributes to suppressing outflow and short circuit. Furthermore, alumina powder 5B was used during the primary mounting.
Is molten solder material 5 (especially molten matrix metal 5A)
, The Au plating layer on the wiring pattern 4, the chip component 8,
The contact area between the Sn plating layer on the electrode 105 of No. 9 and the Au layer on the laminated metal layer 605 of the semiconductor chip 6 is narrowed,
The fact that the fusion of Sn and Sn into the solder layer 5 is suppressed also contributes.

【0071】本実施例で用いたアルミナ粉末5Bの粒径
は1μmであるけれども、これ以外の粒径であっても本
発明の目的は達成される。図7に示したように粒径が0.
05〜60μmの範囲では、短絡不良率は0%又はそれに
限りなく近い。また、より小型のチップ部品の場合は、
粒径の小さい方が位置ずれを伴わずに搭載できる。この
ような観点から、粒径は0.05 〜10μmの範囲を選
択することがより好ましい。また、半導体装置11や構
造体15は後述する電子装置とともに量産品として取り
扱われる。この場合、製品を安定的に生産する観点から
は、各製品の不良率は0.1%(約−3σの水準)である
ことが望ましい。したがって本発明では、0.1% まで
の短絡不良率は許される範囲である。このような観点か
ら、好ましい範囲として選択されるアルミナ粉末5Bの
粒径は0.05 〜60μmである。なお、非金属粉末5
Bが、酸化物,窒化物,ホウ化物,炭化物,硫化物,リ
ン化物,ケイ化物,フッ化物,シリコン単体,ゲルマニ
ウム単体,炭素単体,ホウ素単体の群から選択された1
種類の物質または2種類以上の物質からなる混合粉末材
の場合であっても、好ましい粒径範囲が0.05 〜60
μmで、より好ましい粒径範囲が0.05 〜10μmで
ある点は同じである。なお、はんだ材5における非金属
粉末5Bの充填率を高める観点からは、0.05 〜60
μmの範囲で種々の粒径の非金属粉末5を組み合わせて
添加することが望ましい。
Although the particle size of the alumina powder 5B used in this example is 1 μm, the object of the present invention can be achieved with other particle sizes. As shown in Fig. 7, the particle size is 0.
In the range of 05-60 μm, the short-circuit failure rate is 0% or as close as possible. For smaller chip parts,
The smaller particle size allows mounting without displacement. From such a viewpoint, it is more preferable to select the particle size in the range of 0.05 to 10 μm. Further, the semiconductor device 11 and the structure 15 are handled as mass-produced products together with the electronic device described later. In this case, it is desirable that the defective rate of each product is 0.1% (about −3σ level) from the viewpoint of stable production of the product. Therefore, in the present invention, the short circuit defect rate up to 0.1% is within the allowable range. From this point of view, the particle size of the alumina powder 5B selected as a preferable range is 0.05 to 60 μm. Non-metal powder 5
B is selected from the group of oxide, nitride, boride, carbide, sulfide, phosphide, silicide, fluoride, silicon simple substance, germanium simple substance, carbon simple substance, boron simple substance 1
Even in the case of a mixed powder material composed of one kind of substance or two or more kinds of substances, the preferable particle size range is 0.05 to 60.
It is the same in that the more preferable particle size range is 0.05 to 10 μm. In addition, from the viewpoint of increasing the filling rate of the non-metal powder 5B in the solder material 5, 0.05 to 60
It is desirable to combine and add the non-metal powders 5 having various particle diameters in the range of μm.

【0072】非金属粉末5Bの形状は真球状であって
も、不定形な球状あるいは角形,棒状であってもよい。
The non-metal powder 5B may have a perfect spherical shape, an indefinite spherical shape, a square shape, or a rod shape.

【0073】本実施例で用いたアルミナ粉末5Bの添加
量は50vol% であるけれども、これ以外の添加量であ
っても本発明の目的は達成される。図8に示したように
アルミナ粉末の添加量が少ない領域では短絡不良率は高
く、許される不良率(0.1%,約−3σの水準)を越え
ている。これは、アルミナ粉末5Bの量が少なく、
(1)マトリックス金属5Aの再溶融による体積膨張を
効率よく抑えること、(2)再溶融はんだ材5の実質的
粘度を十分に高めること、(3)溶融はんだ材5と周辺
材料との実質的接触面積を十分小さくすることの点で十
分な機能を発揮できないことによる。
Although the amount of the alumina powder 5B used in this example is 50 vol%, the object of the present invention can be achieved with other amounts. As shown in FIG. 8, the short-circuit failure rate is high in the region where the amount of alumina powder added is small, and exceeds the allowable failure rate (0.1%, about -3σ level). This is because the amount of alumina powder 5B is small,
(1) Efficiently suppressing volume expansion due to remelting of the matrix metal 5A, (2) Sufficiently increasing the substantial viscosity of the remelting solder material 5, (3) Substantially the molten solder material 5 and peripheral materials This is because the contact area cannot be sufficiently exerted in terms of making it small enough.

【0074】一方、アルミナ粉末添加量3〜85vol%
の範囲では0%と許容される不良率を下回っている。こ
れは、上記(1)〜(3)の機能を果たすのに十分な量
のアルミナ粉末5Bが添加されていることに基づく。こ
れより、短絡不良を防止する観点からアルミナ粉末添加
量は15〜85vol% の範囲が選択される。以上の傾向
は、既述した全てのマトリックス金属5A及び非金属粉
末5Bの場合にも共通する。
On the other hand, the amount of alumina powder added is 3 to 85 vol%
In the range of 0, it is less than the allowable defect rate of 0%. This is based on the fact that the alumina powder 5B is added in an amount sufficient to fulfill the functions (1) to (3). Therefore, the amount of alumina powder added is selected in the range of 15 to 85 vol% from the viewpoint of preventing short circuit failure. The above tendency is common to all the matrix metals 5A and the non-metal powders 5B described above.

【0075】一方、アルミナ粉末5Bの添加量は半導体
装置11や構造体15の信頼性の観点からも考慮されね
ばならない。図9に示したように、構造体15の断線不
良率(半導体装置11内部におけるはんだ層5のクラッ
ク破壊による断線,温度サイクル試験:−20〜110
℃,1000回)はアルミナ粉末5B添加量が0〜75
vol% の範囲では0%又はそれに限りなく近く優れた結
果が得られている。しかし、75vol% を越えると不良
率を増している。クラック破壊はアルミナ粉末5Bの添
加量が多くなるにつれ、温度変化に基づく過大な歪がは
んだ層5におけるマトリックス金属5Aに集中して作用
するため生ずる。アルミナ粉末5Bの添加量が適切な範
囲では歪を分担するマトリックス金属5Aの領域が拡が
り、過大応力の集中が避けられるためはんだ層5のクラ
ック破壊が抑制される。これより、クラック破壊による
断線を防止する観点からは、アルミナ粉末添加量は0〜
75vol% の範囲が選択される。以上の傾向は、既述し
た全てのマトリックス金属5A及び非金属粉末5Bの場
合にも共通する。
On the other hand, the addition amount of the alumina powder 5B must be taken into consideration from the viewpoint of the reliability of the semiconductor device 11 and the structure 15. As shown in FIG. 9, the failure rate of disconnection of the structure 15 (disconnection due to crack destruction of the solder layer 5 inside the semiconductor device 11, temperature cycle test: -20 to 110)
Amount of alumina powder 5B is 0 to 75
Excellent results have been obtained at or near 0% in the range of vol%. However, if it exceeds 75 vol%, the defect rate increases. The crack breakage occurs because as the amount of alumina powder 5B added increases, excessive strain due to temperature changes concentrates on the matrix metal 5A in the solder layer 5. When the addition amount of the alumina powder 5B is in an appropriate range, the region of the matrix metal 5A that shares the strain expands, and the concentration of excessive stress is avoided, so that cracking of the solder layer 5 is suppressed. Therefore, from the viewpoint of preventing disconnection due to crack destruction, the amount of alumina powder added is 0 to
A range of 75 vol% is selected. The above tendency is common to all the matrix metals 5A and the non-metal powders 5B described above.

【0076】以上に説明したように、短絡と断線を防止
する観点から、アルミナ粉末5Bの適正な添加量として
3〜75vol% が選択される。さらに、マトリックス金
属中における粉末粒子の均一な分散性を得る上で、より
好ましい添加量として10〜50vol% が選択される。
この適正添加量は、マトリックス金属5AがSnからな
る金属又はPb,Sn,Sb,Zn,Cu,Ni,A
u,Ag,P,Bi,In,Mn,Mg,Si,Ge,
Ti,Zr,V,Hf,Pdの群から選択された2種以
上からなる合金である場合、非金属粉末5Bが酸化物,
窒化物,ホウ化物,炭化物,硫化物,リン化物,ケイ化
物,フッ化物,シリコン単体,ゲルマニウム単体,炭素
単体,ホウ素単体の群から選択され1種の物質、または
2種類以上の物質からなる混合粉末材の場合であっても
共通する。
As described above, from the viewpoint of preventing short circuit and disconnection, 3 to 75 vol% is selected as an appropriate addition amount of the alumina powder 5B. Further, in order to obtain uniform dispersibility of the powder particles in the matrix metal, a more preferable addition amount is selected from 10 to 50 vol%.
This proper addition amount is a metal whose matrix metal 5A is made of Sn or Pb, Sn, Sb, Zn, Cu, Ni, A.
u, Ag, P, Bi, In, Mn, Mg, Si, Ge,
In the case of an alloy composed of two or more kinds selected from the group of Ti, Zr, V, Hf and Pd, the non-metal powder 5B is an oxide,
One substance selected from the group consisting of nitride, boride, carbide, sulfide, phosphide, silicide, fluoride, silicon simple substance, germanium simple substance, carbon simple substance, and boron simple substance, or a mixture of two or more kinds of substances The same applies to powder materials.

【0077】図14は高温高湿雰囲気にさらした半導体
装置を適用して得た構造体の短絡不良率を説明するグラ
フである。ここで、試料Aは半導体装置11を高温高湿
雰囲気(85℃,85%RH)に500時間さらした
後、260℃の2次実装はんだ付けをして得た構造体1
5、試料Bは半導体装置11を高温高湿雰囲気にさらさ
ずに上記2次実装をして得た構造体15で、いずれも本
実施例の構造体15である。試料Cは非金属粉末を添加
しないはんだ材で1次実装した半導体装置11を、高温
高湿雰囲気にさらさずに2次実装をして得た比較例構造
体である。試料Aの短絡不良率は0.00048%で試
料B(0.00032%)とほぼ同等であり、試料C
(3.45%)より圧倒的に優れた歩留りを示している。
半導体装置11が高温高湿雰囲気にさらされた場合は、
水分が樹脂層10を通して内部に浸入する。この水分は
チップ部品6,8,9,配線パターン4,基板1と樹脂
層10の接触界面の接合力を低下させ、2次実装はんだ
付けに伴うはんだ材5の再溶融と体積膨張によって界面
剥離を生じやすくなる。しかし、試料Aの結果はこのよ
うな界面剥離を生じやすい状態のもとでも、はんだ材5
の流出や短絡を生じていない。この点もアルミナ粉末5
Bの添加による効果である。
FIG. 14 is a graph for explaining the short circuit failure rate of the structure obtained by applying the semiconductor device exposed to the high temperature and high humidity atmosphere. Here, Sample A is a structure 1 obtained by subjecting the semiconductor device 11 to a high temperature and high humidity atmosphere (85 ° C., 85% RH) for 500 hours and then performing secondary mounting soldering at 260 ° C.
5, Sample B is a structure 15 obtained by performing the above secondary mounting without exposing the semiconductor device 11 to a high temperature and high humidity atmosphere, and all are the structures 15 of the present embodiment. Sample C is a comparative example structure obtained by performing secondary mounting of the semiconductor device 11 which was primarily mounted with a solder material to which non-metal powder was not added and which was not exposed to a high temperature and high humidity atmosphere. The short-circuit failure rate of sample A is 0.0048%, which is almost the same as that of sample B (0.00032%).
The yield is overwhelmingly better than (3.45%).
When the semiconductor device 11 is exposed to a high temperature and high humidity atmosphere,
Water penetrates inside through the resin layer 10. This moisture reduces the bonding force at the contact interface between the chip components 6, 8, 9, the wiring pattern 4, the substrate 1 and the resin layer 10, and the interface is peeled due to remelting and volume expansion of the solder material 5 accompanying secondary mounting soldering. Is likely to occur. However, the result of the sample A shows that the solder material 5 is
There is no outflow or short circuit. Alumina powder 5
This is the effect of the addition of B.

【0078】本実施例構造体15は比較例構造体ととも
に、−20〜110℃の温度サイクル試験に投入した。
ここでは、はんだ層5のクラック破壊に基づく半導体装
置11の回路機能消失に注目した。2000回までの試
験では、本実施例の構造体15は半導体装置11の回路
機能消失による不具合は示さなかった。一方、比較例構
造体も2000回までの試験で回路機能を消失すること
はなかった。これらの試験結果は、はんだ層5に非金属
粉末5Bが添加されている場合であっても、はんだ層5
の接続信頼性は非金属粉末を添加しない場合と遜色ない
ことを示唆する。
The structure 15 of this example was put into a temperature cycle test of −20 to 110 ° C. together with the structure of the comparative example.
Here, attention is paid to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11 due to the crack destruction of the solder layer 5. In the test up to 2000 times, the structure 15 of the present embodiment did not show a defect due to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11. On the other hand, the structure of the comparative example did not lose the circuit function after the test was performed up to 2000 times. These test results show that even when the non-metal powder 5B is added to the solder layer 5,
It suggests that the connection reliability of is comparable to that without the addition of non-metal powder.

【0079】(実施例3)実施例2で得た構造体15
は、図10に示す電子装置100としてのリチウムイオ
ン二次電池に適用された。電子装置(二次電池,外形サ
イズ:60mm×30mm×8mm)100は次の構成を有し
ている。ステンレス鋼からなる有底角柱形の金属ケース
(サイズ:55mm×29mm×7mm)20の中に正極活物
質,負極活物質,正極集電体,負極集電体,セパレー
タ,有機電解液等の二次電池要素が収納されている。こ
の電池では、正極活物質としてLiCoO2 、負極活物
質としてグラファイト構造を有するカーボンが用いられ
ている。正極活物質がAlからなる正極集電体に保持さ
れ、負極活物質がCuからなる負極集電体に保持されて
いる。正極活物質と負極活物質の間にはセパレータが配
置され、有機電解液が充填されている。二次電池の負電
極となる金属ケース20の開口部には、断面が凹状の金
属蓋21がはめ合わされている。金属蓋21の中央部に
はガラス材からなる絶縁層22を介して正電極23が設
けられる。また、金属蓋21の所定部の孔に安全弁24
が取り付けられている。金属蓋21と金属ケース20で
構成される空間には、ポリイミドからなりCu配線(図
示を省略)が施されたフレキシブルプリント基板25
と、半導体装置11が配線基板14に搭載された構造体
15が装着されている。半導体装置11には後述するよ
うに、過放電,過充電,過電流を防止し、二次電池要素
の過熱を防止するための保護回路が構成されている。
Example 3 Structure 15 obtained in Example 2
Was applied to a lithium-ion secondary battery as the electronic device 100 shown in FIG. The electronic device (secondary battery, external size: 60 mm × 30 mm × 8 mm) 100 has the following configuration. A bottomed prismatic metal case (size: 55 mm × 29 mm × 7 mm) 20 made of stainless steel is used to store the positive electrode active material, negative electrode active material, positive electrode current collector, negative electrode current collector, separator, organic electrolyte, etc. The next battery element is stored. In this battery, LiCoO 2 is used as the positive electrode active material, and carbon having a graphite structure is used as the negative electrode active material. The positive electrode active material is held by a positive electrode current collector made of Al, and the negative electrode active material is held by a negative electrode current collector made of Cu. A separator is arranged between the positive electrode active material and the negative electrode active material, and is filled with the organic electrolytic solution. A metal lid 21 having a concave cross section is fitted in the opening of the metal case 20 that serves as the negative electrode of the secondary battery. A positive electrode 23 is provided at the center of the metal lid 21 with an insulating layer 22 made of a glass material interposed therebetween. In addition, a safety valve 24 is provided in a predetermined hole of the metal lid 21.
Is attached. A flexible printed circuit board 25 made of polyimide and provided with Cu wiring (not shown) in a space formed by the metal lid 21 and the metal case 20.
Then, the structure 15 in which the semiconductor device 11 is mounted on the wiring board 14 is mounted. As will be described later, the semiconductor device 11 is provided with a protection circuit for preventing over-discharge, over-charge and over-current and for preventing overheating of the secondary battery element.

【0080】二次電池の過充電や過放電を抑制する理由
は以下の通りである。例えば、リチウムイオン二次電池
を所定の電池電圧以上に過放電すると、負極上でのリチ
ウム金属の析出,正極活物質の分解,有機電解液の分解
等を生じ、正負極の短絡,電池性能劣化等の原因とな
る。このため、二次電池の過充電は避けなければならな
い。逆に、リチウムイオン電池を所定の電池電圧以下に
過放電すると、負極集電体の金属がイオン化して有機電
解液中に溶出し、集電機能の劣化及び負極活物質の脱落
を生じて容量低下を引き起こす。この点が過放電を抑制
しなければならない理由である。
The reason for suppressing overcharge and overdischarge of the secondary battery is as follows. For example, when a lithium-ion secondary battery is over-discharged above a predetermined battery voltage, lithium metal is deposited on the negative electrode, the positive electrode active material is decomposed, the organic electrolyte is decomposed, and the positive and negative electrodes are short-circuited and the battery performance is deteriorated. It causes such as. Therefore, overcharge of the secondary battery must be avoided. On the contrary, when the lithium-ion battery is over-discharged below the specified battery voltage, the metal of the negative electrode current collector is ionized and eluted in the organic electrolyte solution, which deteriorates the current collecting function and causes the negative electrode active material to fall off, resulting in a capacity loss. Cause a decline. This is the reason why over-discharge must be suppressed.

【0081】フレキシブルプリント基板25には正極外
部端子35,負極外部端子36及び接地端子37が設け
られている。正極外部端子35は接続部30,31,構
造体15及びフレキシブルプリント基板25上の配線
(図示を省略)を介して金属ケース20とそれぞれ結ば
れている。フレキシブルプリント基板25及び構造体1
5の配線基板14には、安全弁24に対応する位置に孔
34,38がそれぞれ形成されている。フレキシブルプ
リント基板25の上には外部端子35,36,37に対
応する位置に孔26を設けた絶縁板27が配置されてい
る。また、金属ケース20の底面側にも絶縁板28が配
置されている。絶縁板27,金属ケース20及び絶縁板
28の外側面は熱収縮チューブ29で被覆されている。
正極外部端子35及び負極外部端子36の間には充電器
又は電子機器(例えば、携帯電話,パーソナルコンピュ
ータ等に給電)が接続されて実用に供される。
The flexible printed board 25 is provided with a positive electrode external terminal 35, a negative electrode external terminal 36 and a ground terminal 37. The positive electrode external terminal 35 is connected to the metal case 20 via the connecting portions 30 and 31, the structure 15, and wiring (not shown) on the flexible printed board 25. Flexible printed circuit board 25 and structure 1
In the wiring board 14 of No. 5, holes 34 and 38 are formed at positions corresponding to the safety valve 24, respectively. An insulating plate 27 having holes 26 at positions corresponding to the external terminals 35, 36, 37 is arranged on the flexible printed board 25. An insulating plate 28 is also arranged on the bottom surface side of the metal case 20. The outer surfaces of the insulating plate 27, the metal case 20 and the insulating plate 28 are covered with a heat shrinkable tube 29.
A charger or an electronic device (for example, powering a mobile phone or a personal computer) is connected between the positive electrode external terminal 35 and the negative electrode external terminal 36 for practical use.

【0082】本実施例の電子装置100を得るに当たっ
て重要な点は、半導体装置11が配線基板14に搭載さ
れる2次実装はんだ付けにおいて、再溶融はんだ材5の
流出やそれに伴う短絡が回避され、この結果得られた構
造体15が装着される点である。
An important point in obtaining the electronic device 100 of the present embodiment is that in the secondary mounting soldering in which the semiconductor device 11 is mounted on the wiring board 14, the outflow of the remelted solder material 5 and the resulting short circuit are avoided. This is the point where the structure 15 obtained as a result is mounted.

【0083】上記構成の本実施例電子装置(リチウムイ
オン二次電池)100は、図11に示した半導体装置1
1の回路を内蔵している。半導体装置11には集積回路
素子6A,FET素子6B,チップ抵抗8A,8B,チ
ップコンデンサ9が搭載されている。二次電池要素を収
納している金属ケース(負電極を兼ねる)20と負極外
部端子36との間に、過放電防止用FET素子61と過
電圧防止用FET素子62からなるFET素子6Bが接
続されている。集積回路素子6Aは正電極23と金属ケ
ース20の間に過電圧が印加されると、FET素子62
をオフにする。これにより過充電が防止される。また、
集積回路素子6Aは過放電により正電極23と金属ケー
ス20の間の電圧が所定電圧より低下すると、FET素
子61をオフにする。これにより過電流が防止される。
The electronic device (lithium ion secondary battery) 100 of this embodiment having the above-described structure is the semiconductor device 1 shown in FIG.
Built-in circuit 1. An integrated circuit element 6A, an FET element 6B, chip resistors 8A and 8B, and a chip capacitor 9 are mounted on the semiconductor device 11. An FET element 6B composed of an overdischarge prevention FET element 61 and an overvoltage prevention FET element 62 is connected between a metal case (also serving as a negative electrode) 20 accommodating the secondary battery element and the negative electrode external terminal 36. ing. When an overvoltage is applied between the positive electrode 23 and the metal case 20, the integrated circuit element 6A will be turned off by the FET element 62A.
Turn off. This prevents overcharging. Also,
The integrated circuit element 6A turns off the FET element 61 when the voltage between the positive electrode 23 and the metal case 20 drops below a predetermined voltage due to overdischarge. This prevents overcurrent.

【0084】従来、リチウムイオン二次電池等の二次電
池に搭載されている保護回路の素子には、ディスクリー
ト型の素子が用いられていたため、保護回路のコンパク
ト化には限界があった。本発明の電子装置の一例である
リチウムイオン二次電池には、保護回路として、配線基
板に回路素子としてのチップ部品を搭載し、搭載チップ
部品を樹脂封止してなる半導体装置を用いている。この
ため、同サイズのリチウムイオン二次電池において、従
来の金属ケース20のサイズは50mm×29mm×7mmで
あったのに対して、本実施例の金属ケース20のサイズ
は55mm×29mm×7mmとなった。したがって、二次電
池内の保護回路の占有容積が小さくなり、電池要素の占
有容量を増すことができた。これにより、二次電池の高
容量化を達成でき、リチウムイオン二次電池の稼働可能
時間が1.1倍になった。
Conventionally, a discrete type element has been used as an element of a protection circuit mounted on a secondary battery such as a lithium ion secondary battery, so that there is a limit to downsizing of the protection circuit. A lithium-ion secondary battery, which is an example of the electronic device of the present invention, uses a semiconductor device in which a chip component as a circuit element is mounted on a wiring board and the mounted chip component is resin-sealed as a protection circuit. . Therefore, in the lithium ion secondary battery of the same size, the size of the conventional metal case 20 was 50 mm × 29 mm × 7 mm, whereas the size of the metal case 20 of this embodiment was 55 mm × 29 mm × 7 mm. became. Therefore, the volume occupied by the protection circuit in the secondary battery is reduced, and the occupied capacity of the battery element can be increased. As a result, the capacity of the secondary battery can be increased, and the operating time of the lithium ion secondary battery is increased by 1.1 times.

【0085】電子装置100は、多層セラミックス基板
1上に回路素子としてのチップ部品6,8,9を搭載
し、搭載チップ部品を樹脂層10により封止してなる、
小型,軽量,薄型、かつ量産や表面実装に適した半導体
装置11と、半導体装置11を外部配線基板14上に2
次実装する際のはんだ材流出や短絡が防止された構造体
15が収納されている。これによって、電子装置100
の高信頼化,高性能化,高容積効率化,高密度実装化が
可能になる。
The electronic device 100 has chip parts 6, 8 and 9 as circuit elements mounted on the multilayer ceramic substrate 1, and the mounted chip parts are sealed with a resin layer 10.
A semiconductor device 11 that is small, lightweight, thin, and suitable for mass production and surface mounting, and the semiconductor device 11 on the external wiring board 14
The structure 15 in which the solder material is prevented from flowing out and short-circuited during the next mounting is housed. Accordingly, the electronic device 100
High reliability, high performance, high volumetric efficiency, and high density mounting are possible.

【0086】電子機器の一例としては、自動車電話機携
帯用無線電話装置,携帯用パーソナルコンピューター,
携帯用ビデオカメラ等が挙げられる。これらの電子機器
に、本発明の半導体装置11又は構造体15を搭載した
電子装置100においても、小型化,高信頼化,高性能
化等の効果が得られる。
Examples of the electronic equipment include a mobile telephone, a portable radio telephone device, a portable personal computer,
Examples include portable video cameras. Even in the electronic device 100 in which the semiconductor device 11 or the structure 15 of the present invention is mounted on these electronic devices, effects such as miniaturization, high reliability, and high performance can be obtained.

【0087】(実施例4)本実施例では、多層セラミッ
クス基板1としてCuにWを分散させた内層配線層2,
スルーホール配線2A,外部電極層3,配線パターン4
を有する熱膨張率:7.0ppm/℃,熱伝導率:15.2
W/m・K,曲げ強度:0.4GPa,ヤング率:30
0GPa,配線抵抗(シート抵抗):4mΩ/□なる特
性のアルミナ基板を用いた半導体装置11を作製した。
この際、チップ部品6,8,9を1次実装はんだ付け
(240℃)するためのはんだ材5として、Pb−50w
t%Sn合金からなるマトリックス金属5Aに炭化ケイ
素(SiC)と窒化ケイ素(Si34)の混合物からな
る非金属粉末(粒径2.0〜20μm ,添加量:35vo
l% )5Bを分散させた複合材を用いた。多層セラミッ
クス基板1とはんだ材5以外の部材構成及び2次実装は
んだ付けを含む製作プロセスは、実施例1と同様であ
る。以上の構成による半導体装置は、実施例1と同様の
性能,利点,効果を示した。
(Embodiment 4) In the present embodiment, as the multilayer ceramic substrate 1, the inner wiring layer 2, in which W is dispersed in Cu, is used.
Through-hole wiring 2A, external electrode layer 3, wiring pattern 4
Expansion coefficient: 7.0 ppm / ° C, thermal conductivity: 15.2
W / mK, bending strength: 0.4 GPa, Young's modulus: 30
A semiconductor device 11 was manufactured using an alumina substrate having characteristics of 0 GPa and wiring resistance (sheet resistance): 4 mΩ / □.
At this time, chip parts 6, 8 and 9 are first mounted and soldered
As a solder material 5 for (240 ° C.), Pb-50w
Non-metal powder (particle size: 2.0 to 20 μm, addition amount: 35 vo) made of a mixture of silicon carbide (SiC) and silicon nitride (Si 3 N 4 ) on a matrix metal 5A made of a t% Sn alloy.
1%) 5B was used as the composite material. The structure of members other than the multilayer ceramic substrate 1 and the solder material 5 and the manufacturing process including secondary mounting soldering are the same as those in the first embodiment. The semiconductor device having the above-described configuration has the same performance, advantages, and effects as those of the first embodiment.

【0088】この半導体装置11は配線基板14の上に
2次実装はんだ付けされて構造体15に収納され、この
構造体15は電子装置100としてのリチウムイオン二
次電池に適用された。これらの場合も、多層セラミック
ス基板1とはんだ材5以外の部材構成は実施例2,3と
同様である。この結果、前記実施例2,3と同様に優れ
た性能が得られた。特に、構造体15の短絡不良率は
0.0004% と低く、量産製品用電子部品として優れ
た歩留りを示した。これは、はんだ材5に添加された炭
化ケイ素(SiC)/窒化ケイ素(Si34)の混合粉
末5Bが、マトリックス金属5Aの体積膨張及び流出を
抑制する上で有効に作用したことによる。また、本実施
例の構造体15は、−20〜110℃の温度サイクル試
験に投入した結果、構造体15は2000回までの試験
で半導体装置11の回路機能消失による不具合を示すこ
とはなかった。
The semiconductor device 11 was secondarily mounted and soldered on the wiring board 14 and housed in the structure 15. The structure 15 was applied to the lithium ion secondary battery as the electronic device 100. Also in these cases, the structure of members other than the multilayer ceramic substrate 1 and the solder material 5 is the same as in the second and third embodiments. As a result, the same excellent performance as in Examples 2 and 3 was obtained. In particular, the short-circuit failure rate of the structure 15 was as low as 0.0004%, and the yield was excellent as an electronic component for mass-produced products. This is because the mixed powder 5B of silicon carbide (SiC) / silicon nitride (Si 3 N 4 ) added to the solder material 5 acted effectively in suppressing the volume expansion and outflow of the matrix metal 5A. Further, the structure 15 of the present example was subjected to the temperature cycle test of −20 to 110 ° C. As a result, the structure 15 did not show a defect due to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11 in the test up to 2000 times. .

【0089】また、リチウムイオン二次電池100に収
納される保護回路の占有容積が実施例3と同様に低減さ
れた。この結果、従来の金属ケース20のサイズが50
mm×29mm×7mmであったのに対して、本実施例の金属
ケース20のサイズを55mm×29mm×7mmに増すこと
ができた。したがって、電池要素の占有容量を高められ
たことにより、二次電池の高容量化を達成でき、リチウ
ムイオン二次電池の稼働可能時間を1.1倍に増大させ
ることができた。
Also, the occupied volume of the protection circuit housed in the lithium ion secondary battery 100 was reduced as in the third embodiment. As a result, the size of the conventional metal case 20 is 50
The size of the metal case 20 of the present embodiment could be increased to 55 mm × 29 mm × 7 mm, while the size was mm × 29 mm × 7 mm. Therefore, by increasing the occupied capacity of the battery element, it was possible to achieve a higher capacity of the secondary battery and to increase the operable time of the lithium ion secondary battery by 1.1 times.

【0090】(実施例5)実施例4で得た半導体装置1
1を直接フレキシブルプリント基板25に搭載して電子
装置100としてのリチウムイオン二次電池を得た。こ
の場合も、外部配線基板14を用いてないことを除いて
は、実施例4と同様の部材構成を有している。この結
果、従来の金属ケース20のサイズが50mm×29mm×
7mmであったのに対して、本実施例の金属ケース20の
サイズを55mm×29mm×7mmに増すことができた。し
たがって、電池要素の占有容量を高められたことによ
り、二次電池の高容量化を達成でき、リチウムイオン二
次電池の稼働可能時間を1.1 倍に増大させることがで
きた。
Example 5 The semiconductor device 1 obtained in Example 4
1 was directly mounted on the flexible printed circuit board 25 to obtain a lithium ion secondary battery as the electronic device 100. Also in this case, the member structure is the same as that of the fourth embodiment except that the external wiring board 14 is not used. As a result, the size of the conventional metal case 20 is 50 mm × 29 mm ×
It was possible to increase the size of the metal case 20 of this embodiment to 55 mm × 29 mm × 7 mm, while it was 7 mm. Therefore, by increasing the occupied capacity of the battery element, it was possible to increase the capacity of the secondary battery and to increase the operable time of the lithium ion secondary battery by 1.1 times.

【0091】(実施例6)本実施例では、電力乗算回路
を構成した半導体装置11を得た。図15は本実施例の
半導体装置としての電力乗算回路装置の回路ブロック図
を示す。半導体装置11はホール効果素子70,電圧変
換回路75,電圧−電流変換回路76から構成されてい
る。これらの回路を構成するチップ部品は、CuにWを
分散させた配線を有する熱膨張率:7.0ppm/℃,熱伝
導率:15.2W/m・K ,曲げ強度:0.4GPa,
ヤング率:300GPa ,配線抵抗(シート抵抗):
4mΩ/□なるアルミナからなる多層セラミックス基板
1の上に、実施例1と同様に1次実装はんだ付け搭載さ
れた。このはんだ付けでは、Sn−3wt%Ag−0.5
wt%Cu合金からなるマトリックス金属5Aに、ジル
コニア(ZrO2 )粉末(粒径:1.0〜40μm,添
加量:45vol%)5Bを分散したはんだ材5を用い
た。以下、実施例1と同様のワイヤボンディング,樹脂
モールド,個別化分割工程を経た。半導体装置11のサ
イズは15mm×10mm×1.2mm と小型化されている。
(Embodiment 6) In this embodiment, a semiconductor device 11 having a power multiplication circuit is obtained. FIG. 15 shows a circuit block diagram of a power multiplication circuit device as a semiconductor device of this embodiment. The semiconductor device 11 includes a Hall effect element 70, a voltage conversion circuit 75, and a voltage-current conversion circuit 76. The chip parts constituting these circuits have wirings in which W is dispersed in Cu, thermal expansion coefficient: 7.0 ppm / ° C., thermal conductivity: 15.2 W / m · K, bending strength: 0.4 GPa,
Young's modulus: 300 GPa, wiring resistance (sheet resistance):
Primary mounting soldering was carried out in the same manner as in Example 1 on the multilayer ceramic substrate 1 made of alumina of 4 mΩ / □. In this soldering, Sn-3wt% Ag-0.5
A solder material 5 in which zirconia (ZrO 2 ) powder (particle size: 1.0 to 40 μm, addition amount: 45 vol%) 5B was dispersed in a matrix metal 5A made of a wt% Cu alloy was used. Thereafter, the same wire bonding, resin molding, and individualized dividing steps as in Example 1 were performed. The size of the semiconductor device 11 is reduced to 15 mm × 10 mm × 1.2 mm.

【0092】上述により得た半導体装置11は、Cu配
線層13を設けたポリイミドシート14の上に、Sn−
3wt%Ag−0.5wt%Cu 合金からなる外部配線
接続層12により固着(2次実装はんだ付け:260
℃)された。このようにして得られた構造体15は、高
温高湿雰囲気(85℃,85%RH)に500時間さら
した後、2次実装はんだ付けをしている。この構造体1
5の短絡不良率は0.00038% で優れた歩留りを示
した。この結果は、水分が樹脂層10を通して内部に浸
入した状態にあっても、チップ部品,配線パターン4,
基板1と樹脂層10の接触界面の接合力を低下させるこ
となく、2次実装はんだ付けに伴うはんだ材5の再溶融
と体積膨張によっても界面剥離せず、はんだ材5の流出
や短絡を生じていないことを示唆する。これはジルコニ
ア粉末5Bの添加による効果である。
The semiconductor device 11 obtained as described above is prepared by depositing Sn-- on the polyimide sheet 14 provided with the Cu wiring layer 13.
Secured by the external wiring connection layer 12 made of 3 wt% Ag-0.5 wt% Cu alloy (secondary mounting soldering: 260
℃) was. The structure 15 thus obtained is subjected to secondary mounting soldering after being exposed to a high temperature and high humidity atmosphere (85 ° C., 85% RH) for 500 hours. This structure 1
The short circuit failure rate of No. 5 was 0.0038%, which was an excellent yield. As a result, even if moisture has penetrated into the interior through the resin layer 10, the chip components, the wiring patterns 4,
Without reducing the bonding force at the contact interface between the substrate 1 and the resin layer 10, the interface does not separate even when the solder material 5 is remelted and volume-expanded due to the secondary mounting soldering, and the solder material 5 flows out or short-circuits. Suggest not. This is the effect of adding the zirconia powder 5B.

【0093】本実施例の構造体15を、−40〜125
℃の温度サイクル試験に投入した。ここでは、はんだ層
5のクラック破壊に基づく半導体装置11の回路機能消
失に注目した。2000回までの試験では、本実施例構
造体15は半導体装置11の回路機能消失による不具合
は示さなかった。これらの試験結果は、はんだ層5にジ
ルコニア粉末5Bが添加されている場合であっても優れ
た接続信頼性を維持できることを示唆する。
The structure 15 of the present embodiment is replaced with -40 to 125.
It was put into a temperature cycle test of ° C. Here, attention is paid to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11 due to the crack destruction of the solder layer 5. In the test up to 2000 times, the structure 15 of the present embodiment did not show any defect due to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11. These test results suggest that excellent connection reliability can be maintained even when the zirconia powder 5B is added to the solder layer 5.

【0094】図16は磁界発生部の構成図を示す。磁界
発生部は磁性体のコア84,コア84に巻かれた電流コ
イル85,磁界ギャップ86,磁界ギャップ86にホー
ル効果素子70が収納された半導体装置11と、この半
導体装置11を配線基板14上に2次実装した構造体1
5で構成されている。
FIG. 16 shows a block diagram of the magnetic field generator. The magnetic field generation unit includes a magnetic core 84, a current coil 85 wound around the core 84, a magnetic field gap 86, a semiconductor device 11 in which the Hall effect element 70 is housed in the magnetic field gap 86, and the semiconductor device 11 on the wiring board 14. Structure 1 secondarily mounted on
It is composed of 5.

【0095】以下、半導体装置11の機能について図1
5及び16を用いて説明する。入力端子73,74に入
力された被測定系の電源電圧は、抵抗器71,72から
なる電圧変換回路75を経て電圧−電流変換回路76に
入力される。電圧−電流変換回路76は入力電圧に比例
した電流をホール効果素子70の制御電流端子77に出
力する。一方、被測定系の電流は電流コイル85に入力
され、入力電流に比例する磁界がギャップ86に生じ、
ギャップ86の磁界とホール効果素子70の制御電流の
流れ方向に直交するように置かれているホール効果素子
70の電圧出力端子79,80にホール起電力が生ず
る。可変抵抗器81はホール効果素子70の特性の非対
称性によって発生するオフセット電圧を補償するための
もので、電圧出力端子79と80の間に接続され、可動
端子78がグランドに接地されている。出力は、出力端
子82,83から外部へ出力される。
The function of the semiconductor device 11 will be described below with reference to FIG.
This will be described using 5 and 16. The power supply voltage of the measured system input to the input terminals 73 and 74 is input to the voltage-current conversion circuit 76 via the voltage conversion circuit 75 including the resistors 71 and 72. The voltage-current conversion circuit 76 outputs a current proportional to the input voltage to the control current terminal 77 of the Hall effect element 70. On the other hand, the current of the system under measurement is input to the current coil 85, and a magnetic field proportional to the input current is generated in the gap 86,
Hall electromotive force is generated at the voltage output terminals 79 and 80 of the Hall effect element 70, which are arranged so as to be orthogonal to the magnetic field of the gap 86 and the flow direction of the control current of the Hall effect element 70. The variable resistor 81 is for compensating the offset voltage generated due to the asymmetry of the characteristics of the Hall effect element 70, is connected between the voltage output terminals 79 and 80, and the movable terminal 78 is grounded. The output is output from the output terminals 82 and 83 to the outside.

【0096】以上の構成からなる磁界発生部は電力計や
電力量計に電力乗算回路用として用いられた。これらの
電力計や電力量計は小型化,軽量化されるとともに、構
造が簡素化されている。
The magnetic field generator having the above-described structure was used for a power multiplication circuit in a power meter or a power meter. These wattmeters and watthour meters are downsized and lightened, and their structures are simplified.

【0097】(実施例7)本実施例では、セルラー電話
機等の送信部に用いる高周波電力増幅装置(高周波パワ
ーモジュール)としての半導体装置11,半導体装置1
1を用いた構造体15,構造体15を用いた携帯電話1
00を得た。
(Embodiment 7) In the present embodiment, the semiconductor device 11 and the semiconductor device 1 as the high frequency power amplifier (high frequency power module) used in the transmitting section of the cellular telephone or the like.
1 using structure 1, mobile phone 1 using structure 15
I got 00.

【0098】図17は本実施例の半導体装置である高周
波パワーモジュールを説明する断面模式図である。本実
施例の半導体装置(8mm×12.3mm×2.7mm)11は
以下の構成からなる。多層ガラスセラミックス基板1
は、熱膨張率:6.2ppm/℃,熱伝導率:2.5W/m
・K,曲げ強度:0.25GPa,ヤング率:110GP
a,誘電率:5.6(1MHz)の特性を有する。基板1
の内部には、2層からなる内層配線層(Ag−1wt%
Pt)2,ブラインド型ビア(Ag−1wt%Pt,直
径:0.14mm)40,サーマルビア(Ag−1wt%
Pt,直径:0.14mm)41,貫通型ビア(Ag−1w
t%Pt,直径:0.14mm)42がそれぞれ設けられ
ている。基板1の第1主面1Aには、配線パターン(A
g−1wt%Pt,厚さ:0.015mm)4が設けられて
いる。この配線パターン4には、チップ抵抗(約7ppm
/℃)8,チップコンデンサ(約11.5ppm/℃)9の
チップ部品がはんだ層5により導電的に固着(1次実装
はんだ付け)されている。第1主面1Aにはキャビテイ
43が設けられ、その底部に設けられた配線パターン4
上に集積回路素子基体6A(図示を省略),FET素子
基体6B(図示を省略)を含む半導体素子基体(Si,
3.5ppm/℃)6がはんだ層5により導電的に固着(1
次実装はんだ付け)されている。はんだ層5は、図2に
示したように、Pb−12wt%Sn−8wt%Sb−
1wt%Ag合金(融点:238℃)からなるマトリッ
クス金属5Aに窒化ケイ素粉末(粒径:0.1〜1μm)
5Bを分散させた複合体で構成され、窒化ケイ素粉末5
Bの添加量は20vol% に調整されている。また、半導
体素子基体6と配線パターン4の所定部間には、Auか
らなる金属細線7がボンディング(集積回路素子基体6
A:直径27μm,FET素子基体6B:直径50μ
m)されている。これらのチップ部品と金属細線7や、
第1主面1Aはゲル樹脂層(硬化後の物性が、熱膨張
率:210ppm/℃ ,ヤング率:0.62MPa ,ガラ
ス転移点:−42℃)10により外気から完全に遮断さ
れるように封止されている。また、搭載チップ部品6,
8,9,樹脂層10は、基板1とそれにはめ込んだ金属
製キャップ(厚さ:0.15mm)44により周囲を封止さ
れている。金属製キャップ44は電磁的雑音を遮蔽する
ためのものである。なお、基板1の第2主面1Bには外
部電極層(Ag−1wt%Pt,厚さ:0.015mm)
3が設けられている。
FIG. 17 is a schematic sectional view illustrating a high frequency power module which is a semiconductor device of this embodiment. The semiconductor device (8 mm × 12.3 mm × 2.7 mm) 11 of this embodiment has the following configuration. Multilayer glass-ceramic substrate 1
Has a thermal expansion coefficient of 6.2 ppm / ° C. and a thermal conductivity of 2.5 W / m.
・ K, Bending strength: 0.25 GPa, Young's modulus: 110 GP
a, Dielectric constant: 5.6 (1 MHz). Board 1
The inner wiring layer (Ag-1 wt%
Pt) 2, blind type via (Ag-1 wt% Pt, diameter: 0.14 mm) 40, thermal via (Ag-1 wt%)
Pt, diameter: 0.14 mm) 41, through-type via (Ag-1w)
t% Pt, diameter: 0.14 mm) 42, respectively. On the first main surface 1A of the substrate 1, the wiring pattern (A
g-1 wt% Pt, thickness: 0.015 mm) 4. This wiring pattern 4 has chip resistance (about 7ppm
/ ° C.) 8 and chip capacitor (about 11.5 ppm / ° C.) 9 are electrically conductively fixed by the solder layer 5 (primary mounting soldering). A cavity 43 is provided on the first main surface 1A, and a wiring pattern 4 provided on the bottom thereof.
A semiconductor element substrate (Si, which includes an integrated circuit element substrate 6A (not shown) and an FET element substrate 6B (not shown) on the top)
3.5 ppm / ° C) 6 conductively fixed by the solder layer 5 (1
Next mounting is soldered). As shown in FIG. 2, the solder layer 5 includes Pb-12 wt% Sn-8 wt% Sb-.
Matrix metal 5A made of 1 wt% Ag alloy (melting point: 238 ° C.) and silicon nitride powder (particle size: 0.1 to 1 μm)
5B is composed of a composite in which silicon nitride powder 5
The amount of B added is adjusted to 20 vol%. Further, a metal thin wire 7 made of Au is bonded between the semiconductor element substrate 6 and a predetermined portion of the wiring pattern 4 (integrated circuit element substrate 6
A: diameter 27 μm, FET element substrate 6B: diameter 50 μm
m) has been done. These chip parts and thin metal wires 7,
The first main surface 1A is completely shielded from the outside air by the gel resin layer (the physical properties after curing are thermal expansion coefficient: 210 ppm / ° C., Young's modulus: 0.62 MPa, glass transition point: −42 ° C.) 10. It is sealed. In addition, mounted chip parts 6,
8, 9 and the resin layer 10 are sealed around the substrate 1 and a metal cap (thickness: 0.15 mm) 44 fitted therein. The metal cap 44 is for shielding electromagnetic noise. An external electrode layer (Ag-1 wt% Pt, thickness: 0.015 mm) was formed on the second main surface 1B of the substrate 1.
3 is provided.

【0099】ゲル樹脂層10は、硬化後の物性が、熱膨
張率:200〜9600ppm/℃ ,ヤング率:90Pa
〜11GPa,針入度:55〜90(1/10mm)を有
する各種ゲル樹脂で代替することが可能である。
The gel resin layer 10 has the following physical properties after curing: thermal expansion coefficient: 200-9600 ppm / ° C., Young's modulus: 90 Pa.
It is possible to substitute with various gel resins having ˜11 GPa and penetration: 55-90 (1/10 mm).

【0100】図18は本実施例の半導体装置の回路図で
ある。入力信号は3段に増幅されて出力される。
FIG. 18 is a circuit diagram of the semiconductor device of this embodiment. The input signal is amplified and output in three stages.

【0101】なお、本実施例では、はんだ層5としてP
b−12wt%Sn−8wt%Sb−1wt%Ag合金
からなる合金を用いてチップ部品6,8,9を搭載した
比較用半導体装置も作製した。ここでは、はんだ層5以
外は全て本実施例半導体装置11と同じ部材構成を有し
ている。
In this embodiment, P is used as the solder layer 5.
A comparative semiconductor device having chip parts 6, 8 and 9 mounted thereon was also manufactured using an alloy composed of b-12 wt% Sn-8 wt% Sb-1 wt% Ag alloy. Here, except for the solder layer 5, all have the same member configuration as the semiconductor device 11 of this embodiment.

【0102】図19は携帯電話用構造体を説明する断面
模式図である。構造体15は上述の半導体装置11が、
外部配線基板(ガラスエポキシ材,15mm×20mm×
1.2mm,熱膨張率:14.0ppm/℃,ヤング率:17
0GPa)14上に2次実装はんだ付けされたものであ
る。外部配線基板14上には厚さ:25μmのCu層か
らなる外部配線13が設けられ、この外部配線13上に
は半導体装置11の外部電極層3が外部配線接続層12
としてのSn−3.5wt%Ag (融点:221℃)を
用いた2次実装はんだ付け(作業温度:260℃)によ
り固着されている。ここで、前述した比較用半導体装置
も同様にして得た。
FIG. 19 is a schematic sectional view illustrating a structure for a mobile phone. The structure 15 is the same as the semiconductor device 11 described above.
External wiring board (glass epoxy material, 15mm x 20mm x
1.2 mm, coefficient of thermal expansion: 14.0 ppm / ° C, Young's modulus: 17
0 GPa) 14 and is secondarily mounted and soldered. The external wiring 13 made of a Cu layer having a thickness of 25 μm is provided on the external wiring substrate 14, and the external electrode layer 3 of the semiconductor device 11 is provided on the external wiring 13 with the external wiring connection layer 12
Is fixed by secondary mounting soldering (working temperature: 260 ° C.) using Sn-3.5 wt% Ag (melting point: 221 ° C.). Here, the above-mentioned comparative semiconductor device was obtained in the same manner.

【0103】図20は本実施例の構造体を適用した携帯
電話の回路ブロック図である。入力音声信号は混合器5
0で発信器51からの高周波信号に変換され、電力増幅
器である本実施例構造体15,アンテナ共用器52を通
してアンテナから電波として発射される。送信電力は結
合器によってモニタされ、電力増幅器である本実施例構
造体15への制御信号によって一定に保たれている。こ
こで、アンテナ共用器52やアンテナは本発明で言う負
荷である。
FIG. 20 is a circuit block diagram of a mobile phone to which the structure of this embodiment is applied. Input audio signal is mixer 5
At 0, it is converted into a high frequency signal from the oscillator 51, and is emitted as a radio wave from the antenna through the structure 15 of this embodiment, which is a power amplifier, and the antenna duplexer 52. The transmission power is monitored by the combiner and is kept constant by the control signal to the structure 15 of the present embodiment, which is a power amplifier. Here, the antenna duplexer 52 and the antenna are loads referred to in the present invention.

【0104】以上の構成からなる携帯電話は小型化,軽
量化されるとともに、構造が簡素化されている。
The portable telephone having the above-mentioned structure is downsized and lightened, and the structure is simplified.

【0105】図21は本実施例の構造体の断線不良率及
び熱抵抗増大不良率を説明するグラフである。ここで、
試料Aは半導体装置11を適用した本実施例の構造体1
5、試料Bは比較用半導体装置を2次実装して得た比較
用構造体である。ここで言う断線不良は、図3(d)で
説明したように、樹脂層10の熱的変形に伴ってチップ
部品8,9がY方向に浮き上がったり、X方向へ移動
(位置ずれ)することによってはんだ層5が切断され、
電極105と配線パターン4の間が電気的に遮断された
状態のことである。また、熱抵抗増大不良は、図3
(c)で説明したように樹脂10の熱変形によって半導
体素子基体6(6A,6B)がY方向に浮き上がり、こ
れに伴ってはんだ層5の周縁部が狭められる結果、半導
体素子基体6の放熱性が阻害される状態(2次実装はん
だ付け後の熱抵抗が、1次実装はんだ付け後の熱抵抗の
2倍に達した状態)のことである。試料Aの断線不良率
は0.00031%そして熱抵抗増大不良率は0.000
25%と、試料B断線不良率:1.64%,熱抵抗増大
不良率:1.86%)より圧倒的に優れた不良率を示し
ている。試料Aのはんだ層5には窒化ケイ素粉末5Bが
添加されており、この粉末5Bの存在により再溶融はん
だ材5(より正確にはマトリックス金属5A)の粘度が
実質的に高められる。この結果、樹脂10の熱的変形を
生じてもチップ部品8,9の浮き上がりや位置ずれが防
止され、断線状態に至ることが回避される。また、半導
体素子基体6(6A,6B)の浮き上がりも防止される
ため、はんだ層5の周縁部が狭められることがなく半導
体素子基体6の放熱性が維持される。これに対し、試料
Bの場合ははんだ層に非金属粉末が添加されていないた
め、再溶融はんだ材の粘度は低下する。この結果、チッ
プ部品8,9の浮き上がりや位置ずれや半導体素子基体
6(6A,6B)の浮き上がりを生じ、断線状態や熱抵
抗増大状態に至る。以上に説明したように、本実施例構
造体15の不良発生率が大幅に低減された点は、はんだ
層5に窒化ケイ素粉末5Bを添加したことによる効果で
ある。
FIG. 21 is a graph explaining the disconnection defect rate and the thermal resistance increase defect rate of the structure of this example. here,
Sample A is the structure 1 of this embodiment to which the semiconductor device 11 is applied.
5 and Sample B are comparative structures obtained by secondarily mounting comparative semiconductor devices. The disconnection defect referred to here is that the chip components 8 and 9 float up in the Y direction or move (shift in position) in the X direction due to the thermal deformation of the resin layer 10, as described in FIG. 3D. The solder layer 5 is cut by
This is a state in which the electrode 105 and the wiring pattern 4 are electrically disconnected. In addition, the thermal resistance increase defect is shown in FIG.
As described in (c), the semiconductor element substrate 6 (6A, 6B) is lifted in the Y direction due to the thermal deformation of the resin 10, and the peripheral portion of the solder layer 5 is narrowed accordingly. Is a state in which the heat resistance is impaired (the thermal resistance after secondary mounting and soldering reaches twice the thermal resistance after primary mounting and soldering). The failure rate of disconnection of sample A is 0.0031% and the failure rate of increase in thermal resistance is 0.000.
25%, which is far superior to the sample B disconnection failure rate: 1.64% and the thermal resistance increase failure rate: 1.86%. Silicon nitride powder 5B is added to the solder layer 5 of Sample A, and the presence of this powder 5B substantially increases the viscosity of the remelted solder material 5 (more accurately, the matrix metal 5A). As a result, even if the resin 10 is thermally deformed, the chip components 8 and 9 are prevented from being lifted or displaced, and a disconnection state is avoided. Further, since the semiconductor element substrate 6 (6A, 6B) is also prevented from rising, the peripheral edge of the solder layer 5 is not narrowed and the heat dissipation of the semiconductor element substrate 6 is maintained. On the other hand, in the case of Sample B, since the non-metal powder is not added to the solder layer, the viscosity of the remelted solder material decreases. As a result, the chip components 8 and 9 are lifted or displaced, and the semiconductor element substrate 6 (6A, 6B) is lifted, resulting in a disconnection state or a thermal resistance increase state. As described above, the fact that the defect occurrence rate of the structure 15 of the present embodiment is significantly reduced is due to the addition of the silicon nitride powder 5B to the solder layer 5.

【0106】本実施例の構造体15は比較用構造体とと
もに、−40〜125℃の温度サイクル試験に投入し
た。ここでは、はんだ層5のクラック破壊に基づく半導
体装置11の回路機能消失に注目した。2000回まで
の試験では、本実施例構造体15は半導体装置11の回
路機能消失による不具合は示さなかった。一方、比較例
構造体も2000回までの試験で回路機能を消失するこ
とはなかった。これらの試験結果は、はんだ層5に窒化
ケイ素粉末5Bが添加されている場合であっても、はん
だ層5の接続信頼性は非金属粉末を添加しない場合と遜
色ないことを示唆する。
The structure 15 of this example was put into a temperature cycle test of −40 to 125 ° C. together with the structure for comparison. Here, attention is paid to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11 due to the crack destruction of the solder layer 5. In the test up to 2000 times, the structure 15 of the present embodiment did not show any defect due to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11. On the other hand, the structure of the comparative example did not lose the circuit function after the test was performed up to 2000 times. These test results suggest that even when the silicon nitride powder 5B is added to the solder layer 5, the connection reliability of the solder layer 5 is comparable to that when the non-metal powder is not added.

【0107】(実施例8)本実施例では、前記実施例7
における非金属粉末5Bとして、非金属粉末の表面に金
属膜をコーティングした「金属コーティング付非金属粉
末」を用いた場合の結果について述べる。
(Embodiment 8) In the present embodiment, in Embodiment 7
The result of using "non-metal powder with metal coating" in which the surface of the non-metal powder is coated with a metal film is described as the non-metal powder 5B.

【0108】非金属粉末としてアルミナ(Al23)粉
末(粒径:1.0〜3.0μm)を選び、コーティング金
属としてNiを選んだ。アルミナ粉末へのNiのコーテ
ィングは、無電解めっき法により実施し、平均膜厚0.
5μm を得た。図2に示すように、Pb−12wt%
Sn−8wt%Sb−1wt%Ag合金(融点:238
℃)からなるマトリックス金属5Aに、このNiコーテ
ィング付アルミナ粉末を添加した。Niコーティング付
アルミナ粉末5Bの粒径は1.5〜3.5μm、添加量は
20vol% である。この粉末5Bを用いて、セルラー電
話機等の送信部に用いる高周波電力増幅装置(高周波パ
ワーモジュール)としての半導体装置11,半導体装置
11を用いた構造体15を得た。
Alumina (Al 2 O 3 ) powder (particle size: 1.0 to 3.0 μm) was selected as the non-metal powder, and Ni was selected as the coating metal. Ni coating on the alumina powder was performed by electroless plating, and the average film thickness was 0.1.
5 μm was obtained. As shown in FIG. 2, Pb-12 wt%
Sn-8 wt% Sb-1 wt% Ag alloy (melting point: 238
This Ni-coated alumina powder was added to matrix metal 5A composed of (° C.). The particle diameter of the Ni-coated alumina powder 5B is 1.5 to 3.5 μm, and the addition amount is 20 vol%. Using this powder 5B, a semiconductor device 11 as a high-frequency power amplifier (high-frequency power module) used in a transmitter of a cellular telephone or the like, and a structure 15 using the semiconductor device 11 were obtained.

【0109】本実施例の半導体装置11,コーティング
無しのアルミナ粉末添加はんだを適用した比較用半導体
装置、及び粉末添加無しのはんだを適用した比較用半導
体装置、の三種類を2次実装した構造体をそれぞれ試料
A,B,Cとして、三者の比較を行った。断線不良率
は、表3に示すように試料A,Bそれぞれ0.00011
%,0.00015%、熱抵抗増大不良率は試料A,B
それぞれ0.00021%,0.00026%と、試料C
(断線不良率:1.64%,熱抵抗増大不良率:1.86
% )より圧倒的に優れた不良率を示した。また、試料
AとBでは、試料Aの方がわずかではあるが断線不良,
熱抵抗増大不良ともに少ない。
A structure in which three types of semiconductor devices, that is, the semiconductor device 11 of this embodiment, a comparative semiconductor device to which uncoated alumina powder-added solder is applied, and a comparative semiconductor device to which solder without powder addition is applied, are secondarily mounted. Samples A, B, and C were compared with each other. As shown in Table 3, the disconnection failure rate was 0.0011 for each of Samples A and B.
%, 0.0015%, and the thermal resistance increase defect rate is sample A, B
Sample C with 0.0021% and 0.026%, respectively
(Disconnection failure rate: 1.64%, thermal resistance increase failure rate: 1.86
%), Which was far superior to that of%). In addition, in the samples A and B, the sample A has a slight disconnection defect,
There are few defects with increased thermal resistance.

【0110】[0110]

【表3】 [Table 3]

【0111】本実施例の構造体15の試料Aは、比較用
構造体の試料B,C(それぞれ、コーティング無しのア
ルミナ粉末添加はんだ適用構造体、及び粉末未添加はん
だ適用構造体)とともに、−40〜125℃の温度サイ
クル試験に投入された。ここでは、はんだ層5のクラッ
ク破壊に基づく半導体装置11の回路機能消失に注目し
た。2000回までの試験では、本実施例構造体15は
半導体装置11の回路機能消失による不具合は示さなか
った。一方、比較例構造体も2000回までの試験で回
路機能を消失することはなかった。この試験結果は、
非金属粉末添加はんだ層5の接続信頼性が、非金属粉末
を添加しない場合と遜色ないこと、及び非金属粉末添
加はんだ層5の接続信頼性が、非金属粉末5Bにおける
金属コーティングの有無に左右されないこと、を示唆す
る。
The sample A of the structure 15 of the present example is the same as the samples B and C of the structure for comparison (the structure to which the uncoated alumina powder is added and the structure to which the powder is not added). It was put into a temperature cycle test of 40 to 125 ° C. Here, attention is paid to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11 due to the crack destruction of the solder layer 5. In the test up to 2000 times, the structure 15 of the present embodiment did not show any defect due to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11. On the other hand, the structure of the comparative example did not lose the circuit function after the test was performed up to 2000 times. This test result is
The connection reliability of the non-metal powder-added solder layer 5 is comparable to that when no non-metal powder is added, and the connection reliability of the non-metal powder-added solder layer 5 depends on the presence or absence of a metal coating on the non-metal powder 5B. Suggest that it will not be done.

【0112】さらに、試験サイクル数を3000回にま
で延長して、これらの構造体の温度サイクル限界寿命を
確認したところ、試料A:約2700サイクル,試料
B:約2400サイクル,試料C:約2800サイクル
となり、粉末添加はんだ適用試料A,Bの間で約300
サイクルの差が出た。この試験結果は、マトリックス金
属5Aと非金属粉末5Bの濡れ性の違いにより説明され
る。すなわち、コーティング金属の存在によりマトリッ
クス金属5Aと非金属粉末5Bの濡れ性が向上する。こ
れにより、マトリックス金属5Aと非金属粉末5Bの界
面における接合強度が上昇するため、該界面を基点とす
るマトリックス5Aのクラック破壊の可能性を低減でき
る。
Further, the number of test cycles was extended to 3000 and the temperature cycle limit life of these structures was confirmed. Sample A: about 2700 cycles, sample B: about 2400 cycles, sample C: about 2800 cycles. It becomes a cycle, and about 300 between the samples A and B to which the powdered solder is applied
There was a cycle difference. This test result is explained by the difference in wettability between the matrix metal 5A and the non-metal powder 5B. That is, the presence of the coating metal improves the wettability of the matrix metal 5A and the non-metal powder 5B. As a result, the bonding strength at the interface between the matrix metal 5A and the non-metal powder 5B is increased, and the possibility of crack breakage of the matrix 5A with the interface as a starting point can be reduced.

【0113】非金属粉末5Bとしては、酸化物,窒化
物,ホウ化物,炭化物,硫化物,リン化物,ケイ化物,
フッ化物,シリコン単体,ゲルマニウム単体,炭素単
体,ホウ素単体の群から選択され1種の物質、または2
種類以上の物質からなる混合粉末材であってもよい。
As the non-metal powder 5B, oxide, nitride, boride, carbide, sulfide, phosphide, silicide,
One substance selected from the group consisting of fluoride, silicon simple substance, germanium simple substance, carbon simple substance, and boron simple substance, or 2
It may be a mixed powder material composed of more than one kind of substance.

【0114】非金属粉末5Bへの金属コーティング方法
としては、湿式めっき法(例として、無電解めっき法)
や乾式めっき(例として、物理蒸着法)などの公知の方
法を適宜用いることができる。コーティングする金属と
しては、マトリックス金属5Aとの濡れ性が確保できる
金属であれば、基本的に何であってもよい。具体的な例
としては、Ni,Cu,Au,Ag,Pd,Zn,S
n,Ptが挙げられる。コーティング金属の厚さは、濡
れ性が確保できる厚さであれば特に制限は無いが、好ま
しくは0.001〜20μm、より好ましくは0.5〜3
μmの範囲である。
As a metal coating method for the non-metal powder 5B, a wet plating method (for example, an electroless plating method) is used.
Known methods such as dry plating and dry plating (as an example, physical vapor deposition method) can be appropriately used. The metal to be coated may be basically any metal as long as it can ensure wettability with the matrix metal 5A. Specific examples include Ni, Cu, Au, Ag, Pd, Zn and S.
n, Pt are mentioned. The thickness of the coating metal is not particularly limited as long as the wettability can be secured, but it is preferably 0.001 to 20 μm, more preferably 0.5 to 3
It is in the range of μm.

【0115】本実施例における構造体15を用いて、携
帯電話100を得た。
A cellular phone 100 was obtained using the structure 15 in this example.

【0116】(実施例9)本実施例では、セルラー電話
機等の送信部に用いる別形態の高周波電力増幅装置(高
周波パワーモジュール)としての半導体装置11,半導
体装置11を用いた構造体15,構造体15を用いた携
帯電話100を得た。
(Embodiment 9) In the present embodiment, a semiconductor device 11 as a high-frequency power amplifier (high-frequency power module) of another form used for a transmitter of a cellular telephone or the like, a structure 15 using the semiconductor device 11, and a structure. A mobile phone 100 using the body 15 was obtained.

【0117】図22は本実施例半導体装置としての高周
波パワーモジュールを説明する断面模式図である。本実
施例の半導体装置(8mm×12.3mm×2.5mm)11で
は、樹脂層10として、主成分がエポキシ材である樹脂
層(硬化後の物性が、熱膨張率:9.0ppm/℃,ヤング
率:24.5GPa ,ガラス転移点:150℃,フィラ
添加量:85wt%)を適用した。樹脂層10以外の部
材構成は、実施例7で作製した半導体装置と同様であ
り、図18に示した回路を有している。
FIG. 22 is a schematic sectional view for explaining a high frequency power module as the semiconductor device of this embodiment. In the semiconductor device (8 mm × 12.3 mm × 2.5 mm) 11 of the present embodiment, as the resin layer 10, a resin layer whose main component is an epoxy material (the physical properties after curing are thermal expansion coefficient: 9.0 ppm / ° C.). , Young's modulus: 24.5 GPa, glass transition point: 150 ° C., filler addition amount: 85 wt%). The configuration of members other than the resin layer 10 is the same as that of the semiconductor device manufactured in Example 7, and has the circuit shown in FIG.

【0118】なお、本実施例では、はんだ層5としてP
b−12wt%Sn−8wt%Sb−1wt%Ag合金
からなる合金を用いてチップ部品6,8,9を搭載した
比較用半導体装置も作製した。ここでは、はんだ層5以
外は全て本実施例の半導体装置11と同じ部材構成を有
している。
In the present embodiment, P is used as the solder layer 5.
A comparative semiconductor device having chip parts 6, 8 and 9 mounted thereon was also manufactured using an alloy composed of b-12 wt% Sn-8 wt% Sb-1 wt% Ag alloy. Here, except for the solder layer 5, all have the same member configuration as the semiconductor device 11 of the present embodiment.

【0119】図23は携帯電話用構造体を説明する断面
模式図である。構造体15は上述の半導体装置11が、
外部配線基板(ガラスエポキシ材,15mm×20mm×
1.2mm,熱膨張率:14.0ppm/℃,ヤング率:17
0GPa)14上に2次実装はんだ付けされたものであ
る。外部配線基板14上には厚さ:25μmのCu層か
らなる外部配線13が設けられ、この外部配線13上に
は半導体装置11の外部電極層3が外部配線接続層12
としてのSn−3.5wt%Ag (融点:221℃)を
用いた2次実装はんだ付け(作業温度:260℃)によ
り固着されている。ここで、前述した比較用半導体装置
も同様にして得た。以上の構成からなる本実施例構造体
15は図20に示した回路を有する携帯電話用に適用さ
れた。
FIG. 23 is a schematic sectional view illustrating a structure for a mobile phone. The structure 15 is the same as the semiconductor device 11 described above.
External wiring board (glass epoxy material, 15mm x 20mm x
1.2 mm, coefficient of thermal expansion: 14.0 ppm / ° C, Young's modulus: 17
0 GPa) 14 and is secondarily mounted and soldered. The external wiring 13 made of a Cu layer having a thickness of 25 μm is provided on the external wiring substrate 14, and the external electrode layer 3 of the semiconductor device 11 is provided on the external wiring 13 with the external wiring connection layer 12
Is fixed by secondary mounting soldering (working temperature: 260 ° C.) using Sn-3.5 wt% Ag (melting point: 221 ° C.). Here, the above-mentioned comparative semiconductor device was obtained in the same manner. The structure 15 of the present embodiment having the above configuration was applied to a mobile phone having the circuit shown in FIG.

【0120】以上の構成からなる構造体15を用いて得
た携帯電話100は、小型化,軽量化されるとともに構
造が簡素化されている。
The mobile phone 100 obtained by using the structure 15 having the above-mentioned structure is downsized and lightened, and the structure is simplified.

【0121】本実施例半導体装置11や構造体15のよ
うにヤング率の高い樹脂層10で封止した構造で発生す
る不良は再溶融はんだ材5の流出による短絡であり、前
記実施例7のように熱膨張率が高く、ヤング率の高い樹
脂層により封止した構造で見られた位置ずれ断線や浮き
上がりによる熱抵抗増大に基づく不良は生じない。ま
た、本実施例の構造体15の短絡不良率は0.0004
3% と低く、比較用構造体の2.75% より圧倒的に
優れた不良率を示している。これは、はんだ層5に添加
された窒化ケイ素粉末5Bによる前記実施例2と同様の
効果に基づく。
The defect that occurs in the structure sealed with the resin layer 10 having a high Young's modulus such as the semiconductor device 11 or the structure 15 of this embodiment is a short circuit due to the outflow of the remelted solder material 5, As described above, the defect due to the positional shift disconnection and the increase in the thermal resistance due to the lifting, which is seen in the structure sealed by the resin layer having a high thermal expansion coefficient and a high Young's modulus, does not occur. Further, the short-circuit failure rate of the structure 15 of this example is 0.0004.
It is as low as 3%, which is far superior to 2.75% of the structure for comparison. This is based on the same effect as that of the second embodiment by the silicon nitride powder 5B added to the solder layer 5.

【0122】(実施例10)本実施例では樹脂を母材と
する配線基板1を用いた半導体装置11について説明す
る。
(Embodiment 10) In this embodiment, a semiconductor device 11 using a wiring board 1 having a resin as a base material will be described.

【0123】図24は本実施例の半導体装置を説明する
断面模式図である。半導体装置11は次のように構成さ
れている。多層ガラスエポキシ基板(30mm×7mm×
0.4mm)1の内部には内層配線層(Cu,厚さ:15
μm)2及びスルーホール配線(Cu,めっき形成)2
Aが設けられている。基板1の第1主面1Aには配線パ
ターン(Cu,厚さ:25μm,厚さ5μmのNiめっ
き及び厚さ1μmのAuめっきを順次形成)4が設けら
れ、この配線パターン4上には集積回路素子基体6A
(図示を省略)やFET素子基体6Bを含む半導体素子
基体(Si,3.5ppm/℃)6,チップ抵抗(約7ppm
/℃)8,コンデンサ(約11.5ppm/℃)9のチップ
部品がはんだ層5により導電的に固着(1次実装はんだ
付け,作業温度:270℃)されている。はんだ層5は
Sn−5wt%Sb合金からなるマトリックス金属5A
にシリカ(SiO2 )粉末(粒径:2〜10μm)5B
を分散させた複合体で構成され、シリカ粉末5Bの添加
量は35vol% に調整されている。また、半導体素子基
体6と配線パターン4の所定部間には、Auからなる金
属細線7がボンディング(集積回路素子基体6A:直径
27μm,FET素子基体6B:直径50μm)されて
いる。これらのチップ部品と金属細線7や、第1主面1
Aは主成分がエポキシ材である樹脂層(硬化後の物性
が、熱膨張率:9.0ppm/℃,ヤング率:24.5GP
a,ガラス転移点:150℃,フィラ添加量:85wt
%)10により外気から完全に遮断される如くに封止さ
れている。この樹脂層(寸法:10.5mm×4mm×0.8
mm)10はポッテイング法により形成したものである。
基板1の第1主面1Aと反対側の第2主面1Bには、外
部電極層(Cu,厚さ:25μm,厚さ5μmのNiめ
っき及び厚さ1μmのAuめっきを順次形成)3が設け
られている。外部電極層3は基板1の内部に設けられた
内層配線層2やスルーホール配線2Aを中継して配線パ
ターン4と電気的に接続されている。チップ部品6,
8,9は配線パターン4上にはんだ層5により導電的に
固着されているから、外部電極層3はこれらのチップ部
品とも電気的に接続されている。以上に説明したよう
に、いずれのチップ部品も基板1,配線パターン4,樹
脂層10によって完全に封止され、これらのチップ部品
を固着しているはんだ層5もチップ部品6,8,9,配
線パターン4,樹脂層10によって完全に封止されてい
る。
FIG. 24 is a schematic sectional view for explaining the semiconductor device of this embodiment. The semiconductor device 11 is configured as follows. Multi-layer glass epoxy board (30mm × 7mm ×
The inner wiring layer (Cu, thickness: 15)
μm) 2 and through-hole wiring (Cu, plating formation) 2
A is provided. A wiring pattern (Cu, thickness: 25 μm, Ni plating having a thickness of 5 μm and Au plating having a thickness of 1 μm are sequentially formed) 4 is provided on the first main surface 1A of the substrate 1, and the wiring pattern 4 is integrated on the wiring pattern 4. Circuit element base 6A
(Not shown) and semiconductor element substrate (Si, 3.5 ppm / ° C.) including FET element substrate 6B 6, chip resistance (about 7 ppm)
/ ° C.) 8 and capacitors (about 11.5 ppm / ° C.) 9 are electrically conductively fixed by the solder layer 5 (primary mounting soldering, working temperature: 270 ° C.). Solder layer 5 is a matrix metal 5A made of Sn-5 wt% Sb alloy.
Silica (SiO 2 ) powder (particle size: 2-10 μm) 5B
And the amount of silica powder 5B added is adjusted to 35 vol%. A thin metal wire 7 made of Au is bonded (integrated circuit element substrate 6A: diameter 27 μm, FET element substrate 6B: diameter 50 μm) between a predetermined portion of the semiconductor element substrate 6 and the wiring pattern 4. These chip parts and thin metal wires 7 and the first main surface 1
A is a resin layer whose main component is an epoxy material (physical properties after curing include thermal expansion coefficient: 9.0 ppm / ° C, Young's modulus: 24.5 GP
a, glass transition point: 150 ° C., filler addition amount: 85 wt
%) 10 so as to be completely shielded from the outside air. This resin layer (Dimension: 10.5 mm x 4 mm x 0.8
mm) 10 is formed by the potting method.
An external electrode layer (Cu, thickness: 25 μm, Ni plating with a thickness of 5 μm and Au plating with a thickness of 1 μm are sequentially formed) 3 is formed on the second main surface 1B opposite to the first main surface 1A of the substrate 1. It is provided. The external electrode layer 3 is electrically connected to the wiring pattern 4 by relaying the inner wiring layer 2 and the through-hole wiring 2A provided inside the substrate 1. Chip parts 6,
Since the electrodes 8 and 9 are conductively fixed on the wiring pattern 4 by the solder layer 5, the external electrode layer 3 is also electrically connected to these chip components. As described above, any chip component is completely sealed by the substrate 1, the wiring pattern 4, and the resin layer 10, and the solder layer 5 that fixes these chip components is also chip components 6, 8, 9, It is completely sealed by the wiring pattern 4 and the resin layer 10.

【0124】なお、半導体装置11を作製する前の段階
では、多層ガラスエポキシ基板1はフレーム状(8個取
り)になっており、チップ部品6,8,9の搭載,ワイ
ヤボンディング,樹脂モールドを終了した後は、回転ブ
レードを用いた切断により個別化される。また、外部電
極層3は第2主面1B側に形成されることを必須とする
ものではなく、必要に応じて第1主面1A側に形成され
てもよい。
Before the semiconductor device 11 is manufactured, the multilayer glass epoxy substrate 1 has a frame shape (8 pieces are taken), and the chip parts 6, 8 and 9 are mounted, wire bonding and resin molding are performed. After completion, it is singulated by cutting with a rotating blade. The external electrode layer 3 does not necessarily have to be formed on the second main surface 1B side, and may be formed on the first main surface 1A side as necessary.

【0125】以上に説明した半導体装置11によれば、
はんだ層5はSn−5wt%Sb合金からなるマトリッ
クス金属5Aにシリカ粉末(粒径:2〜10μm)5B
を分散させた複合体で構成されているため、後述する2
次実装はんだ付けにおいて再溶融を生じても、マトリッ
クス金属5Aの流出とこれに伴う短絡を防止することが
できる。
According to the semiconductor device 11 described above,
The solder layer 5 includes a matrix metal 5A made of Sn-5 wt% Sb alloy, silica powder (particle size: 2 to 10 μm) 5B.
Since it is composed of a composite in which
Even if remelting occurs in the next mounting soldering, it is possible to prevent the matrix metal 5A from flowing out and the resulting short circuit.

【0126】(実施例11)本実施例では、実施例10
によって得た半導体装置11に金属部材を接続した形態
の構造体15について説明する。
(Embodiment 11) In this embodiment, Embodiment 10 will be described.
A structure 15 in which a metal member is connected to the semiconductor device 11 obtained in the above will be described.

【0127】図25は本実施例の構造体を説明する断面
模式図である。半導体装置11の外部電極層3には、外
部配線接続層12としてのSn−3wt%Ag −0.5
wtCuはんだ材(融点:221℃)を用いてNi板
(10mm×3mm×0.4mm)55が固着(2次実装はんだ
付け,作業温度:260℃)されている。このNi板5
5は半導体装置11と、二次電池要素を収納している金
属ケース(負電極を兼ねる)20及び正電極23とを電
気接続するための配線材の役割を有している(図10参
照)。このように半導体装置11の外部電極層3に接続
された部材が金属材55であって配線基板の形態をなさ
ない場合であっても、本発明においては構造体15の範
囲に属する。
FIG. 25 is a schematic sectional view illustrating the structure of this example. The external electrode layer 3 of the semiconductor device 11 has Sn-3 wt% Ag-0.5 as the external wiring connection layer 12.
Ni plate using wtCu solder material (melting point: 221 ° C)
(10 mm × 3 mm × 0.4 mm) 55 is fixed (secondary mounting soldering, working temperature: 260 ° C.). This Ni plate 5
Reference numeral 5 has a role of a wiring member for electrically connecting the semiconductor device 11, the metal case (also serving as the negative electrode) 20 housing the secondary battery element, and the positive electrode 23 (see FIG. 10). . Even if the member connected to the external electrode layer 3 of the semiconductor device 11 is the metal material 55 and does not have the form of the wiring board as described above, it belongs to the scope of the structure 15 in the present invention.

【0128】上述したように、本実施例の構造体15は
作業温度:260℃のもとで2次実装はんだ付けされた
ものである。この熱処理による半導体装置11の短絡不
良発生率は0.00042% と低く、シリカ粉末(粒
径:2〜10μm)5Bの添加によるはんだ材5の流出
防止効果が明確に表れている。はんだ材5の流出が防止
されたのは、2次実装熱処理のもとでも固相状態を維持
する粉末5Bが、再溶融はんだ材5の体積膨張を実質的
に小さく抑え、内圧の過大な上昇,剥離,溶融はんだ材
の流出,短絡を抑制するとともに、粉末5Bの目詰まり
現象によって溶融はんだ材の流出,短絡が抑制されるこ
とによる。また、固相状態を維持する粉末5Bによって
再溶融はんだ材5の実質的粘度を高め、流出や短絡を抑
制することも寄与している。更に、1次実装の際に粉末
5Bが溶融マトリックス金属5Aと、配線パターン4上
のAuめっき層,チップ部品8,9の電極105上のS
nめっき層,半導体チップ6の積層金属層605上のA
u層の間の接触面積を狭め、AuやSnのはんだ層5へ
の融合を抑えた点も寄与している。
As described above, the structure 15 of this embodiment is secondarily soldered at the working temperature of 260 ° C. The short-circuit failure occurrence rate of the semiconductor device 11 due to this heat treatment is as low as 0.00002%, which clearly shows the effect of preventing the solder material 5 from flowing out by adding the silica powder (particle size: 2 to 10 μm) 5B. The outflow of the solder material 5 was prevented because the powder 5B, which maintains the solid state even under the secondary mounting heat treatment, substantially suppresses the volume expansion of the remelted solder material 5 and causes an excessive increase in the internal pressure. This is because the peeling, the outflow and short circuit of the molten solder material are suppressed, and the outflow and the short circuit of the molten solder material are suppressed by the clogging phenomenon of the powder 5B. In addition, the powder 5B that maintains the solid state increases the substantial viscosity of the remelted solder material 5 and contributes to suppressing outflow and short circuit. Further, at the time of the primary mounting, the powder 5B is the molten matrix metal 5A, the Au plating layer on the wiring pattern 4, the S on the electrodes 105 of the chip parts 8 and 9.
n plating layer, A on the laminated metal layer 605 of the semiconductor chip 6
This also contributes to the fact that the contact area between the u layers is narrowed and the fusion of Au and Sn into the solder layer 5 is suppressed.

【0129】本発明において、基板1が樹脂材を母材と
する場合であっても、シリカ粉末(粒径:2〜10μ
m)5Bと同様の作用を及ぼす金属は表2に掲げた各種
金属が適用可能である。また、酸化物,窒化物,ホウ化
物,炭化物,硫化物,リン化物,ケイ化物,フッ化物,
シリコン単体,ゲルマニウム単体,炭素単体,ホウ素単
体の群から選択され1種の物質、または2種類以上の物
質からなる混合粉末であっても、それが粉末である限り
適用可能である。
In the present invention, even if the substrate 1 uses a resin material as a base material, silica powder (particle size: 2 to 10 μm) is used.
m) Various metals listed in Table 2 can be applied to the metal having the same action as 5B. In addition, oxides, nitrides, borides, carbides, sulfides, phosphides, silicides, fluorides,
As long as it is a powder, it is applicable even if it is a powder of one kind of substance selected from the group of simple substance of silicon, simple substance of germanium, simple substance of carbon and simple substance of boron, or a mixture of two or more substances.

【0130】本実施例で用いた粉末5Bの粒径は2〜1
0μmであるけれども、これ以外の粒径であっても本発
明の目的は達成される。好ましい範囲として選択される
粉末5Bの粒径は0.05 〜60μmである。なお、非
金属粉末5Bが酸化物,窒化物,ホウ化物,炭化物,硫
化物,リン化物,ケイ化物,フッ化物,シリコン単体,
ゲルマニウム単体,炭素単体,ホウ素単体の群から選択
され1種の物質、または2種類以上の物質からなる混合
材の場合であっても、好ましい粒径範囲が0.05〜60μ
mで、より好ましい粒径範囲が0.05 〜10μmであ
る点は同じである。なお、はんだ材5における非金属粉
末5Bの充填率を高める観点からは、0.05 〜60μ
mの範囲で種々の粒径の非金属粉末5を組み合わせて添
加することが望ましい。
The particle size of the powder 5B used in this example is 2-1.
Although the particle size is 0 μm, the object of the present invention can be achieved with other particle sizes. The particle size of the powder 5B selected as a preferable range is 0.05 to 60 μm. The non-metal powder 5B is an oxide, a nitride, a boride, a carbide, a sulfide, a phosphide, a silicide, a fluoride, a silicon simple substance,
Even in the case of a single material selected from the group of germanium simple substance, carbon simple substance, and boron simple substance, or a mixed material composed of two or more kinds of substances, the preferable particle size range is 0.05 to 60 μm.
It is the same in that the more preferable particle size range is 0.05 to 10 μm. From the viewpoint of increasing the filling rate of the non-metal powder 5B in the solder material 5, 0.05-60 μm.
It is desirable to add non-metallic powders 5 having various particle diameters in combination within the range of m.

【0131】非金属粉末5Bの形状は真球状であって
も、不定形な球状あるいは角形,棒状であってもよい。
The shape of the non-metal powder 5B may be a perfect sphere, an irregular sphere, a prism, or a rod.

【0132】本実施例で用いたシリカ粉末5Bの添加量
は35vol% であるけれども、これ以外の添加量であっ
ても本発明の目的は達成される。既述したように短絡と
断線を防止する観点から、粉末5Bの適正な添加量とし
て3〜75vol% が選択される。さらに、マトリックス
金属中における粉末粒子の均一な分散性を得る上で、よ
り好ましい添加量として10〜50vol% が選択され
る。
Although the addition amount of the silica powder 5B used in this example is 35 vol%, the object of the present invention can be achieved with other addition amounts. As described above, from the viewpoint of preventing short circuit and disconnection, 3 to 75 vol% is selected as an appropriate addition amount of the powder 5B. Further, in order to obtain uniform dispersibility of the powder particles in the matrix metal, a more preferable addition amount is selected from 10 to 50 vol%.

【0133】上述した適正粒径範囲や適正添加量は、マ
トリックス金属5AがSnからなる金属又はPb,S
n,Sb,Zn,Cu,Ni,Au,Ag,P,Bi,
In,Mn,Mg,Si,Ge,Ti,Zr,V,H
f,Pdの群から選択された2種以上からなる合金であ
る場合、非金属粉末5Bが酸化物,窒化物,ホウ化物,
炭化物,硫化物,リン化物,ケイ化物,フッ化物,シリ
コン単体,ゲルマニウム単体,炭素単体,ホウ素単体の
群から選択され1種の物質、または2種類以上の物質か
らなる混合粉末材の場合であっても共通する。
The above-mentioned proper particle size range and proper addition amount are set such that the matrix metal 5A is made of Sn or Pb, S.
n, Sb, Zn, Cu, Ni, Au, Ag, P, Bi,
In, Mn, Mg, Si, Ge, Ti, Zr, V, H
In the case of an alloy composed of two or more kinds selected from the group of f and Pd, the non-metal powder 5B is an oxide, a nitride, a boride,
In the case of a mixed powder material composed of one substance selected from the group consisting of carbide, sulfide, phosphide, silicide, fluoride, silicon simple substance, germanium simple substance, carbon simple substance and boron simple substance, or two or more kinds of substances. But they are common.

【0134】本実施例の構造体15を、−20〜110
℃の温度サイクル試験に投入した。ここでは、はんだ層
5のクラック破壊に基づく半導体装置11の回路機能消
失に注目した。2000回までの試験では、本実施例構
造体15は半導体装置11の回路機能消失による不具合
は示さなかった。
The structure 15 of this example is replaced with −20 to 110.
It was put into a temperature cycle test of ° C. Here, attention is paid to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11 due to the crack destruction of the solder layer 5. In the test up to 2000 times, the structure 15 of the present embodiment did not show any defect due to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11.

【0135】(実施例12)実施例11で得た構造体1
5は、電子装置100としてのリチウムイオン二次電池
に適用された。電子装置(二次電池,外形サイズ:60
mm×30mm×8mm)100は図11に示した回路を構成
し、これに搭載された半導体装置11あるいは構造体1
5は過放電,過充電,過電流を防止し、二次電池要素の
過熱を防止するための保護回路としての役割を有してい
る。
(Example 12) Structure 1 obtained in Example 11
No. 5 was applied to a lithium ion secondary battery as the electronic device 100. Electronic device (secondary battery, external size: 60
mm × 30 mm × 8 mm) 100 constitutes the circuit shown in FIG. 11, and the semiconductor device 11 or structure 1 mounted on the circuit
5 has a role as a protection circuit for preventing over-discharge, over-charge and over-current and for preventing over-heating of the secondary battery element.

【0136】以上の構成からなるリチウムイオン二次電
池100は、実施例3と同等の作用及び効果を示した。
The lithium-ion secondary battery 100 having the above-mentioned structure exhibited the same operation and effect as those of the third embodiment.

【0137】(実施例13)本実施例では、CSP(Chi
p Scale Package)型半導体装置11及びこれを外部配
線基板に搭載した構造体15について説明する。
(Embodiment 13) In this embodiment, CSP (Chi
The p scale package type semiconductor device 11 and the structure 15 having the semiconductor device 11 mounted on an external wiring board will be described.

【0138】図26は本実施例の半導体装置及びそれを
用いた構造体を説明する断面模式図である。半導体装置
11は(a)のように構成されている。ポリイミド基板
(11mm×11mm×0.3mm)1の第1主面1Aには配線
パターン(Cu,厚さ:25μm,厚さ5μmのNiめ
っき及び厚さ1μmのAuめっきを順次形成)4が設け
られ、この配線パターン4上には集積回路素子基体(1
0mm×10mm×0.3mm)6からなるチップ部品がはん
だ層(ピッチ:0.1mm )5により導電的に固着(1次
実装はんだ付け,作業温度:270℃)されている。は
んだ層5はSn−3.5wt%Ag合金からなるマトリ
ックス金属5Aにジルコニア(ZrO2)粉末(粒径:
1.0〜3.0μm)5Bを分散させた複合体で構成さ
れ、ジルコニア粉末5Bの添加量は25vol% に調整さ
れている。集積回路素子基体6とポリイミド基板1とで
構成される空隙(約50μm)にはエポキシ樹脂10が
充填され、はんだ層5は完全に外気から遮断される如く
に封止されている。エポキシ樹脂10はビスフェノール
A,無水物系硬化剤としてのメチルヘキサヒドロ無水フ
タル酸,硬化促進剤としてのアミン及び有機酸とから構
成される。ここで、第1主面1Aに設けられた配線パタ
ーン4の所定部(はんだ層5の形成領域以外の部分)に
は、はんだレジスト膜51が設けられている。また、配
線パターン4は外部電極層3としての役割も兼ね、基板
1の第2主面1B側に向けて外部配線接続用はんだボー
ル(Sn−3wt%Ag−0.7wt%Cu,直径:約
0.15mm)12が形成されている。本実施例における
外部配線接続用はんだボール12には非金属粉末5Bは
添加されていないけれども、必要に応じて添加すること
は好ましいことである。
FIG. 26 is a schematic sectional view for explaining a semiconductor device of this embodiment and a structure using the same. The semiconductor device 11 is configured as shown in (a). Polyimide substrate
A wiring pattern (Cu, thickness: 25 μm, Ni plating with a thickness of 5 μm and Au plating with a thickness of 1 μm are sequentially formed) 4 is provided on the first main surface 1A of (11 mm × 11 mm × 0.3 mm) 1, The integrated circuit element substrate (1
A chip component composed of 0 mm × 10 mm × 0.3 mm 6 is conductively fixed (primary mounting soldering, working temperature: 270 ° C.) by a solder layer (pitch: 0.1 mm) 5. The solder layer 5 includes a matrix metal 5A made of Sn-3.5 wt% Ag alloy and zirconia (ZrO 2 ) powder (particle size:
1.0 to 3.0 μm) 5B is dispersed in the composite, and the amount of zirconia powder 5B added is adjusted to 25 vol%. An epoxy resin 10 is filled in a space (about 50 μm) formed by the integrated circuit element substrate 6 and the polyimide substrate 1, and the solder layer 5 is sealed so as to be completely shielded from the outside air. The epoxy resin 10 is composed of bisphenol A, methylhexahydrophthalic anhydride as an anhydride type curing agent, amine as a curing accelerator and an organic acid. Here, a solder resist film 51 is provided on a predetermined portion (a portion other than the formation region of the solder layer 5) of the wiring pattern 4 provided on the first main surface 1A. Further, the wiring pattern 4 also serves as the external electrode layer 3, and the solder balls for external wiring connection (Sn-3wt% Ag-0.7wt% Cu, diameter: approximately) are provided toward the second main surface 1B side of the substrate 1. 0.15 mm) 12 is formed. Although the non-metal powder 5B is not added to the solder balls 12 for external wiring connection in this embodiment, it is preferable to add them as needed.

【0139】以上に説明した半導体装置11によれば、
はんだ層5はSn−3.5wt%Ag合金からなるマトリ
ックス金属5Aにジルコニア粉末5Bを分散させた複合
体で構成されているため、後述する2次実装はんだ付け
において再溶融を生じても、マトリックス金属5Aの流
出とこれに伴う短絡や、断線を防止することができる。
According to the semiconductor device 11 described above,
Since the solder layer 5 is composed of a composite material in which the zirconia powder 5B is dispersed in the matrix metal 5A made of Sn-3.5 wt% Ag alloy, even if remelting occurs in the secondary mounting soldering described later, the matrix It is possible to prevent the outflow of the metal 5A and the resulting short circuit and disconnection.

【0140】次に、上述の半導体装置11を用いた構造
体15は(b)のように構成されている。半導体装置1
1は前記実施例2と同様の材料からなる配線基板14の
外部配線(Cu,厚さ:25μm)13に、外部配線接
続用はんだボール12により固着されている。この際、
はんだボール12による2次実装はんだ付けは260℃
のもとで実施されている。
Next, the structure 15 using the above-mentioned semiconductor device 11 is constructed as shown in (b). Semiconductor device 1
Reference numeral 1 is fixed to an external wiring (Cu, thickness: 25 μm) 13 of a wiring board 14 made of the same material as that of the second embodiment by a solder ball 12 for external wiring connection. On this occasion,
Secondary mounting soldering with solder balls 12 is 260 ℃
It is carried out under.

【0141】本実施例構造体15における半導体装置1
1の不良(短絡又は断線による回路機能の消失)発生率
は0.00018% と極めて低い値であった。これはジ
ルコニア粉末5Bの添加によるはんだ材5の流出防止効
果によるものである。この流出防止効果は、ジルコニア
粉末5Bによる再溶融はんだ材5の体積膨張の抑制,流
動性の抑制,目詰まり現象,溶融マトリックス金属5A
と配線パターン4間の実質的接触面積の低減に基づく。
Semiconductor Device 1 in Structure 15 of the Present Example
The failure rate of 1 (disappearance of circuit function due to short circuit or disconnection) was 0.0018%, which was an extremely low value. This is due to the effect of preventing the solder material 5 from flowing out by adding the zirconia powder 5B. This outflow prevention effect is obtained by suppressing the volume expansion of the remelted solder material 5 by the zirconia powder 5B, suppressing the fluidity, clogging phenomenon, and the molten matrix metal 5A.
Based on the reduction of the substantial contact area between the wiring pattern 4 and the wiring pattern 4.

【0142】本実施例の構造体15には−30〜125
℃の温度サイクル試験が施された。ここでは、はんだ層
5のクラック破壊に基づく半導体装置11の回路機能消
失に注目した。2000回までの試験では、本実施例構
造体15は半導体装置11の回路機能消失による不具合
は示さなかった。
In the structure 15 of this embodiment, −30 to 125 is included.
A temperature cycle test of ° C was performed. Here, attention is paid to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11 due to the crack destruction of the solder layer 5. In the test up to 2000 times, the structure 15 of the present embodiment did not show any defect due to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11.

【0143】本実施例では、ポリイミド基板1上の配線
パターン4に集積回路素子基体6をジルコニア粉末添加
はんだ層5により固着し、集積回路素子基体6とポリイ
ミド基板1とで構成される空隙にエポキシ樹脂10を充
填した構造の半導体装置11及びこれを用いた構造体1
5について説明した。本実施例において、半導体装置1
1及び構造体15は上記の形態に限定されない。
In this embodiment, the integrated circuit element substrate 6 is fixed to the wiring pattern 4 on the polyimide substrate 1 with the zirconia powder-added solder layer 5, and the epoxy resin is filled in the void formed by the integrated circuit element substrate 6 and the polyimide substrate 1. Semiconductor device 11 having structure filled with resin 10 and structure 1 using the same
5 was explained. In this embodiment, the semiconductor device 1
1 and the structure 15 are not limited to the above-mentioned form.

【0144】図27は他の形態のCSP型半導体装置を
説明する断面模式図である。半導体装置11は(a)に
示すように、ワイヤボンディングの手法によって集積回
路素子基体6に設けたAuバンプ56を介して、非金属
粉末5Bとマトリックス金属5Aとからなるはんだ層5
により基板1の配線パターン4に固着されている。Au
バンプ56はCu,Alのワイヤボンディングによって
形成されてもよい。また、(b)に示す半導体装置11
は、Cu,Ni,Cu−Sn合金の如き金属ボール56
を介して、非金属粉末5Bとマトリックス金属5Aとか
らなるはんだ層5により基板1の配線パターン4に固着
されている。以上の構成の半導体装置11であっても、
本実施例と同様の効果が得られる。なお、図示を省略す
るけれども、このような構造の半導体装置11を配線基
板14に搭載した構造体15の場合も、本実施例と同様
の効果を得ることができる。
FIG. 27 is a schematic sectional view for explaining a CSP type semiconductor device of another form. As shown in (a) of the semiconductor device 11, the solder layer 5 composed of the non-metal powder 5B and the matrix metal 5A is interposed via the Au bumps 56 provided on the integrated circuit element substrate 6 by the wire bonding method.
Is fixed to the wiring pattern 4 of the substrate 1. Au
The bumps 56 may be formed by wire bonding Cu and Al. Further, the semiconductor device 11 shown in FIG.
Is a metal ball 56 such as Cu, Ni, or Cu-Sn alloy.
Is fixed to the wiring pattern 4 of the substrate 1 by the solder layer 5 composed of the non-metal powder 5B and the matrix metal 5A. Even in the semiconductor device 11 having the above configuration,
The same effect as the present embodiment can be obtained. Although illustration is omitted, the same effect as that of the present embodiment can be obtained also in the case of the structure 15 in which the semiconductor device 11 having such a structure is mounted on the wiring board 14.

【0145】以上に説明した半導体装置11や構造体1
5は、集積回路の大規模化,高速化,多機能化等の必要
性に基づいて多ピン化,小型化,薄型化が必要となるパ
ッケージの役割を担うことができる。このような半導体
装置11や構造体15は、携帯情報端末機器やカメラ一
体型VTRに実装するのに適している。
The semiconductor device 11 and the structure 1 described above
5 can play the role of a package that requires a large number of pins, a small size, and a thin structure based on the necessity of increasing the scale, speed, and function of the integrated circuit. The semiconductor device 11 and the structure 15 as described above are suitable for mounting on a portable information terminal device or a camera-integrated VTR.

【0146】(実施例14)本実施例では、別形態のC
SP型半導体装置11及びこれを外部配線基板に搭載し
た構造体15について説明する。
(Embodiment 14) In the present embodiment, another form of C is used.
The SP type semiconductor device 11 and the structure 15 having the SP type semiconductor device 11 mounted on an external wiring board will be described.

【0147】図28は本実施例の半導体装置及びそれを
用いた構造体を説明する断面模式図である。半導体装置
11は(a)のように構成されている。配線基板1とし
て、窒化アルミニウム基板,窒化珪素基板,ガラス基板
およびベリリヤ基板(12mm×12mm×0.3mm)を用
いた。基板1の第1主面1Aには配線パターン(Cu,
厚さ:25μm,厚さ5μmのNiめっき及び厚さ1μ
mのAuめっきを順次形成)4が設けられ、この配線パ
ターン4上には集積回路素子基体(10mm×10mm×0.
3mm)6からなるチップ部品がはんだ層(ピッチ:0.
1mm)5により導電的に固着(1次実装はんだ付け,作
業温度:270℃)されている。はんだ層5はSn−
3.5wt%Ag 合金からなるマトリックス金属5Aに
ジルコニア粉末(粒径:1.0〜3.0μm)5Bを分散
させた複合体で構成される。本実施例では、ジルコニア
粉末5Bの添加量は25vol% に調整されている。集積
回路素子基体6とセラミックス基板1とで構成される空
隙(約50μm)にはエポキシ樹脂10が充填され、は
んだ層5は完全に外気から遮断される如くに封止されて
いる。エポキシ樹脂10はビスフェノールA,無水物系
硬化剤としてのメチルヘキサヒドロ無水フタル酸,硬化
促進剤としてのアミン及び有機酸とから構成される。ま
た、配線パターン4は外部電極層3としての役割も兼
ね、基板1の第1主面1Aから側面を経由して第2主面
1B側に向けて延長して形成されている。
FIG. 28 is a schematic sectional view for explaining a semiconductor device of this embodiment and a structure using the same. The semiconductor device 11 is configured as shown in (a). As the wiring substrate 1, an aluminum nitride substrate, a silicon nitride substrate, a glass substrate and a beryllia substrate (12 mm × 12 mm × 0.3 mm) were used. On the first main surface 1A of the substrate 1, wiring patterns (Cu,
Thickness: 25 μm, 5 μm thick Ni plating and 1 μm thick
m Au plating 4) is provided, and an integrated circuit element substrate (10 mm × 10 mm × 0.1 mm) is provided on the wiring pattern 4.
3mm) 6 chip parts are solder layers (pitch: 0.
1 mm) 5 is electrically conductively fixed (first mounting soldering, working temperature: 270 ° C.). Solder layer 5 is Sn-
It is composed of a composite in which zirconia powder (particle size: 1.0 to 3.0 μm) 5B is dispersed in a matrix metal 5A made of a 3.5 wt% Ag alloy. In this embodiment, the amount of zirconia powder 5B added is adjusted to 25 vol%. A void (about 50 μm) formed by the integrated circuit element base 6 and the ceramics substrate 1 is filled with an epoxy resin 10, and the solder layer 5 is sealed so as to be completely shielded from the outside air. The epoxy resin 10 is composed of bisphenol A, methylhexahydrophthalic anhydride as an anhydride type curing agent, amine as a curing accelerator and an organic acid. The wiring pattern 4 also serves as the external electrode layer 3, and is formed to extend from the first main surface 1A of the substrate 1 toward the second main surface 1B side via the side surface.

【0148】以上に説明した半導体装置11によれば、
はんだ層5はSn−3.5wt%Ag合金からなるマトリ
ックス金属5Aにジルコニア粉末5Bを分散させた複合
体で構成されているため、後述する2次実装はんだ付け
において再溶融を生じても、マトリックス金属5Aの流
出とこれに伴う短絡や、断線を防止することができる。
According to the semiconductor device 11 described above,
Since the solder layer 5 is composed of a composite material in which the zirconia powder 5B is dispersed in the matrix metal 5A made of Sn-3.5 wt% Ag alloy, even if remelting occurs in the secondary mounting soldering described later, the matrix It is possible to prevent the outflow of the metal 5A and the resulting short circuit and disconnection.

【0149】次に、上述の半導体装置11を用いた構造
体15は(b)のように構成されている。半導体装置1
1は実施例2と同様の材料からなる配線基板14の外部
配線(Cu,厚さ:25μm)13に、外部配線接続用
はんだ層(Sn−3.5wt%Ag合金)12により固着
されている。この際、はんだ層12による2次実装はん
だ付けは260℃のもとで実施されている。
Next, the structure 15 using the above-mentioned semiconductor device 11 is constructed as shown in (b). Semiconductor device 1
Reference numeral 1 is fixed to an external wiring (Cu, thickness: 25 μm) 13 of a wiring board 14 made of the same material as in Example 2 by a solder layer (Sn-3.5 wt% Ag alloy) 12 for external wiring connection. . At this time, the secondary mounting soldering with the solder layer 12 is performed at 260 ° C.

【0150】本実施例の構造体15における半導体装置
11の不良(短絡又は断線による回路機能の消失)発生
率は、配線基板1が窒化アルミニウム基板,窒化珪素基
板,ガラス基板,ベリリヤ基板のいずれの場合も0.0
0033〜0.00095%と極めて低い値であった。
これはジルコニア粉末5Bの添加によるはんだ材5の流
出防止効果によるものである。この流出防止効果は、ジ
ルコニア粉末5Bによる再溶融はんだ材5の体積膨張の
抑制,流動性の抑制,目詰まり現象,溶融マトリックス
金属5Aと配線パターン4間の実質的接触面積の低減に
基づく。
The occurrence rate of defects (disappearance of circuit function due to short circuit or disconnection) of the semiconductor device 11 in the structure 15 of the present embodiment is one of the wiring substrate 1 of the aluminum nitride substrate, the silicon nitride substrate, the glass substrate and the beryllia substrate. Even if it is 0.0
It was an extremely low value of 0033 to 0.0095%.
This is due to the effect of preventing the solder material 5 from flowing out by adding the zirconia powder 5B. This outflow prevention effect is based on the suppression of volume expansion of the remelted solder material 5 by the zirconia powder 5B, the suppression of fluidity, the clogging phenomenon, and the reduction of the substantial contact area between the molten matrix metal 5A and the wiring pattern 4.

【0151】本実施例の構造体15には−30〜125
℃の温度サイクル試験が施された。ここでは、はんだ層
5のクラック破壊に基づく半導体装置11の回路機能消
失に注目した。2000回までの試験では、配線基板1
として窒化アルミニウム基板,窒化珪素基板,ガラス基
板,ベリリヤ基板のいずれを用いた構造体15も、半導
体装置11の回路機能消失による不具合は示さなかっ
た。
The structure 15 of this embodiment has a structure of -30 to 125.
A temperature cycle test of ° C was performed. Here, attention is paid to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11 due to the crack destruction of the solder layer 5. Wiring board 1 in the test up to 2000 times
As the structure 15 using any of an aluminum nitride substrate, a silicon nitride substrate, a glass substrate, and a beryllia substrate, no defect due to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11 was shown.

【0152】以上に説明した半導体装置11や構造体1
5は、集積回路の大規模化,高速化,多機能化等の必要
性に基づいて多ピン化,小型化,薄型化が必要となるパ
ッケージの役割を担うことができる。このような半導体
装置11や構造体15は、携帯情報端末機器やカメラ一
体型VTRに実装するのに適している。
The semiconductor device 11 and the structure 1 described above
5 can play the role of a package that requires a large number of pins, a small size, and a thin structure based on the necessity of increasing the scale, speed, and function of the integrated circuit. The semiconductor device 11 and the structure 15 as described above are suitable for mounting on a portable information terminal device or a camera-integrated VTR.

【0153】(実施例15)本実施例では、別の形態の
CSP型半導体装置11及びこれを外部配線基板に搭載
した構造体15について説明する。
Example 15 In this example, a CSP type semiconductor device 11 of another form and a structure 15 having the same mounted on an external wiring substrate will be described.

【0154】図29は本実施例の半導体装置及びそれを
用いた構造体を説明する断面模式図である。半導体装置
11は(a)のように構成されている。配線基板1は実
施例13と同様のポリイミド基板であり、配線パターン
4と集積回路素子基体(9mm×9mm×0.3mm)6のチ
ップ部品が、TAB配線(厚さ:60μm のポリイミ
ドテープに、厚さ:25μmのCu配線を設けている)
7を介してはんだ層(ピッチ:0.1mm )5′及び5″
により導電的に固着(1次実装はんだ付け,作業温度:
270℃)されている。はんだ層5はSn−3.5wt
%Sb 合金からなるマトリックス金属5Aにジルコニ
ア粉末(粒径:1.0〜3.0μm)5Bを分散させた複
合体で構成され、ジルコニア粉末5Bの添加量は40vo
l% に調整されている。集積回路素子基体6はAg粉末
を添加したエポキシ樹脂からなる接着剤(図示を省略)
により基板1と接着されている。集積回路素子基体6,
TAB配線7,はんだ層5′,5″,配線パターン4
は、実施例1と同様のエポキシ樹脂層10によって封止
されている。配線パターン4は外部電極層3としての役
割も兼ね、基板1の第2主面1B側に向けて外部配線接
続用はんだボール(Sn−3wt%Ag−0.7wt%
Cu,直径:約0.15mm)12が形成されている。
FIG. 29 is a schematic sectional view for explaining a semiconductor device of this embodiment and a structure using the same. The semiconductor device 11 is configured as shown in (a). The wiring board 1 is the same polyimide board as in Example 13, and the chip parts of the wiring pattern 4 and the integrated circuit element substrate (9 mm × 9 mm × 0.3 mm) 6 are TAB wiring (thickness: 60 μm polyimide tape). Thickness: Cu wiring of 25 μm is provided)
Solder layer (pitch: 0.1 mm) through 5'and 5 "
Conductively adheres to (primary mounting soldering, working temperature:
270 ° C). Solder layer 5 is Sn-3.5wt
% Sb alloy composed of a matrix metal 5A and zirconia powder (particle size: 1.0 to 3.0 μm) 5B dispersed therein, and the added amount of zirconia powder 5B is 40 vo.
It has been adjusted to l%. The integrated circuit element substrate 6 is an adhesive agent (not shown) made of an epoxy resin added with Ag powder.
Is bonded to the substrate 1. Integrated circuit element substrate 6,
TAB wiring 7, solder layers 5 ', 5 ", wiring pattern 4
Is sealed with the same epoxy resin layer 10 as in the first embodiment. The wiring pattern 4 also serves as the external electrode layer 3, and the solder balls for external wiring connection (Sn-3wt% Ag-0.7wt%) are provided toward the second main surface 1B side of the substrate 1.
Cu, diameter: about 0.15 mm) 12 is formed.

【0155】以上に説明した半導体装置11によれば、
はんだ層5はSn−3.5wt%Sb合金からなるマトリ
ックス金属5Aにジルコニア粉末5Bを分散させた複合
体で構成されているため、後述する2次実装はんだ付け
において再溶融を生じても、マトリックス金属5Aの流
出とこれに伴う短絡や、断線を防止することができる。
According to the semiconductor device 11 described above,
Since the solder layer 5 is composed of a composite body in which the zirconia powder 5B is dispersed in the matrix metal 5A made of Sn-3.5 wt% Sb alloy, even if remelting occurs in the secondary mounting soldering described later, the matrix It is possible to prevent the outflow of the metal 5A and the resulting short circuit and disconnection.

【0156】次に、上述の半導体装置11を用いた構造
体15は(b)のように構成されている。半導体装置1
1は実施例2と同様の材料からなる配線基板14の外部
配線(Cu,厚さ:25μm)13に、外部配線接続用
はんだボール12により固着されている。この際、はん
だボール12による2次実装はんだ付けは、265℃の
もとで実施されている。
Next, the structure 15 using the above-mentioned semiconductor device 11 is constructed as shown in (b). Semiconductor device 1
1 is fixed to the external wiring (Cu, thickness: 25 μm) 13 of the wiring board 14 made of the same material as that of the second embodiment by the solder ball 12 for external wiring connection. At this time, the secondary mounting soldering with the solder balls 12 is performed at 265 ° C.

【0157】本実施例の構造体15における半導体装置
11の不良(短絡又は断線による回路機能の消失)発生
率は0.00043% と極めて低い値であった。これは
ジルコニア粉末5Bの添加によるはんだ材5の流出防止
効果によるものである。この流出防止効果は、ジルコニ
ア粉末5Bによる再溶融はんだ材5の体積膨張の抑制,
流動性の抑制,目詰まり現象,溶融マトリックス金属5
Aと配線パターン4間の実質的接触面積の低減に基づ
く。
The occurrence rate of defects (disappearance of circuit function due to short circuit or disconnection) of the semiconductor device 11 in the structure 15 of this example was a very low value of 0.0043%. This is due to the effect of preventing the solder material 5 from flowing out by adding the zirconia powder 5B. This outflow prevention effect suppresses the volume expansion of the remelted solder material 5 by the zirconia powder 5B,
Suppression of fluidity, clogging phenomenon, molten matrix metal 5
This is based on the reduction of the substantial contact area between A and the wiring pattern 4.

【0158】本実施例の構造体15には−30〜125
℃の温度サイクル試験が施された。ここでは、はんだ層
5のクラック破壊に基づく半導体装置11の回路機能消
失に注目した。2000回までの試験では、本実施例構
造体15は半導体装置11の回路機能消失による不具合
は示さなかった。
The structure 15 of this embodiment has a structure of -30 to 125.
A temperature cycle test of ° C was performed. Here, attention is paid to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11 due to the crack destruction of the solder layer 5. In the test up to 2000 times, the structure 15 of the present embodiment did not show any defect due to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11.

【0159】(実施例16)本実施例では、BGA(Bal
l Grid Array)型半導体装置11及びこれを外部配線基
板に搭載した構造体15について説明する。
Example 16 In this example, BGA (Bal
A description will be given of a (Grid Array) type semiconductor device 11 and a structure 15 having the same mounted on an external wiring board.

【0160】図30は本実施例の半導体装置及びそれを
用いた構造体を説明する断面模式図である。半導体装置
11は(a)のように構成されている。ポリイミド基板
(15mm×15mm×0.4mm )1の中央部には貫通穴が設
けられ、この部分には集積回路素子基体6が配置される
ようになっている。基板1の内部には配線パターン(C
u,厚さ:25μm,厚さ5μmのNiめっき及び厚さ
1μmのAuめっきを順次形成)4が埋設され、配線パ
ターン4の一部は貫通穴側に突出して形成されている。
突出した配線パターン4と集積回路素子基体(10mm×
10mm×0.3mm)6からなるチップ部品は、はんだ層
(ピッチ:0.1mm )5により導電的に固着(1次実装
はんだ付け,作業温度:270℃)されている。はんだ
層5はSn−3.5wt%Sb合金からなるマトリック
ス金属5Aに炭化ケイ素(SiC)粉末(粒径:2.0〜5.
0μm)5Bを分散させた複合体で構成され、炭化ケイ
素粉末5Bの添加量は30vol% に調整されている。集
積回路素子基体6,ポリイミド基板1,配線パターン
4,はんだ層5は、エポキシ樹脂10によりモールドさ
れ、特にはんだ層5は完全に外気から遮断される如くに
封止されている。エポキシ樹脂10は実施例1と同様の
材質のものである。また、配線パターン4の一部は外部
電極層3としての役割も兼ね、基板1の第2主面1B側
に向けて外部配線接続用はんだボール(Sn−3wt%
Ag−0.7wt%Cu,直径:約0.25mm )12が
形成されている。したがって、外部電極層3を兼ねる基
板1の外周側に配置された配線パターン4は、突出した
配線パターン4や集積回路素子基体6と電気的に連絡さ
れている。本実施例における外部配線接続用はんだボー
ル12には非金属粉末5Bは添加されていないけれど
も、必要に応じて添加することは好ましいことである。
FIG. 30 is a schematic sectional view for explaining a semiconductor device of this embodiment and a structure using the same. The semiconductor device 11 is configured as shown in (a). Polyimide substrate
A through hole is provided at the center of (15 mm × 15 mm × 0.4 mm) 1 and the integrated circuit element substrate 6 is arranged in this portion. The wiring pattern (C
u, thickness: 25 μm, Ni plating with a thickness of 5 μm and Au plating with a thickness of 1 μm are sequentially formed) 4 are embedded, and a part of the wiring pattern 4 is formed so as to project to the through hole side.
The protruding wiring pattern 4 and the integrated circuit element substrate (10 mm ×
The chip component composed of 10 mm × 0.3 mm) 6 is conductively fixed (primary mounting soldering, working temperature: 270 ° C.) by a solder layer (pitch: 0.1 mm) 5. The solder layer 5 includes a matrix metal 5A made of Sn-3.5 wt% Sb alloy and silicon carbide (SiC) powder (particle size: 2.0 to 5.0).
0 μm) 5B is dispersed in the composite, and the amount of silicon carbide powder 5B added is adjusted to 30 vol%. The integrated circuit element substrate 6, the polyimide substrate 1, the wiring pattern 4, and the solder layer 5 are molded with an epoxy resin 10, and in particular, the solder layer 5 is sealed so as to be completely shielded from the outside air. The epoxy resin 10 is made of the same material as in the first embodiment. Further, a part of the wiring pattern 4 also serves as the external electrode layer 3, and the solder ball (Sn-3 wt% for external wiring) for connecting the external wiring is directed toward the second main surface 1B side of the substrate 1.
Ag-0.7 wt% Cu, diameter: about 0.25 mm) 12 is formed. Therefore, the wiring pattern 4 arranged on the outer peripheral side of the substrate 1 which also serves as the external electrode layer 3 is electrically connected to the protruding wiring pattern 4 and the integrated circuit element substrate 6. Although the non-metal powder 5B is not added to the solder balls 12 for external wiring connection in this embodiment, it is preferable to add them as needed.

【0161】以上に説明した半導体装置11によれば、
はんだ層5はSn−3.5wt%Sb合金からなるマトリ
ックス金属5Aに炭化ケイ素粉末5Bを分散させた複合
体で構成されているため、後述する2次実装はんだ付け
において再溶融を生じても、マトリックス金属5Aの流
出とこれに伴う短絡や、断線を防止することができる。
According to the semiconductor device 11 described above,
Since the solder layer 5 is composed of a composite body in which the silicon carbide powder 5B is dispersed in the matrix metal 5A made of Sn-3.5 wt% Sb alloy, even if remelting occurs in the secondary mounting soldering described later, It is possible to prevent outflow of the matrix metal 5A and the resulting short circuit and disconnection.

【0162】次に、上述の半導体装置11を用いた構造
体15は(b)のように構成されている。半導体装置1
1は実施例2と同様の材料からなる配線基板14の外部
配線(Cu,厚さ:25μm)13に、外部配線接続用
はんだボール12により固着されている。この際、はん
だボール12による2次実装はんだ付けは、265℃の
もとで実施されている。
Next, the structure 15 using the above-described semiconductor device 11 is constructed as shown in (b). Semiconductor device 1
1 is fixed to the external wiring (Cu, thickness: 25 μm) 13 of the wiring board 14 made of the same material as that of the second embodiment by the solder ball 12 for external wiring connection. At this time, the secondary mounting soldering with the solder balls 12 is performed at 265 ° C.

【0163】本実施例の構造体15における半導体装置
11の不良(短絡又は断線による回路機能の消失)発生
率は0.00046% と極めて低い値であった。これは
炭化ケイ素粉末5Bの添加によるはんだ材5の流出防止
効果によるものである。この流出防止効果は、炭化ケイ
素粉末5Bによる再溶融はんだ材5の体積膨張の抑制,
流動性の抑制,目詰まり現象,溶融マトリックス金属5
Aと配線パターン4間の実質的接触面積の低減に基づ
く。
The occurrence rate of defects (disappearance of circuit function due to short circuit or disconnection) of the semiconductor device 11 in the structure 15 of this example was a very low value of 0.0046%. This is due to the effect of preventing the solder material 5 from flowing out by adding the silicon carbide powder 5B. This outflow prevention effect suppresses the volume expansion of the remelted solder material 5 by the silicon carbide powder 5B,
Suppression of fluidity, clogging phenomenon, molten matrix metal 5
This is based on the reduction of the substantial contact area between A and the wiring pattern 4.

【0164】本実施例の構造体15には−30〜125
℃の温度サイクル試験が施された。ここでは、はんだ層
5のクラック破壊に基づく半導体装置11の回路機能消
失に注目した。2000回までの試験では、本実施例の
構造体15は半導体装置11の回路機能消失による不具
合は示さなかった。
In the structure 15 of this embodiment, −30 to 125 is used.
A temperature cycle test of ° C was performed. Here, attention is paid to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11 due to the crack destruction of the solder layer 5. In the test up to 2000 times, the structure 15 of the present embodiment did not show a defect due to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11.

【0165】本実施例の半導体装置11及び構造体15
では、ポリイミド基板1上の配線パターン4に集積回路
素子基体6を固着している。しかし、半導体装置11及
び構造体15は上記の形態に限定されない。例えば、ポ
リイミド基板1の代わりに、ガラスエポキシ材(ガラス
繊維クロスにエポキシ樹脂を含浸させた形態の複合材,
熱膨張率:9.0ppm/℃,ヤング率:35GPa)を母
材とするものであってもよい。このような形態の半導体
装置、及びこの半導体装置を用いた構造体であっても、
上述と同様の優れた性能及び効果が得られる。
The semiconductor device 11 and the structure 15 of this embodiment.
Then, the integrated circuit element substrate 6 is fixed to the wiring pattern 4 on the polyimide substrate 1. However, the semiconductor device 11 and the structure 15 are not limited to the above-mentioned form. For example, instead of the polyimide substrate 1, a glass epoxy material (a composite material in which glass fiber cloth is impregnated with epoxy resin,
The base material may have a coefficient of thermal expansion of 9.0 ppm / ° C. and a Young's modulus of 35 GPa). Even a semiconductor device having such a form and a structure using this semiconductor device,
The same excellent performance and effect as described above can be obtained.

【0166】以上に説明した半導体装置11や構造体1
5は、集積回路の大規模化,高速化,多機能化等の必要
性に基づいて多ピン化,小型化,薄型化が必要となるパ
ッケージの役割を担うことができる。このような半導体
装置11や構造体15は、携帯情報端末機器やカメラ一
体型VTRに実装するのに適している。
[0166] The semiconductor device 11 and the structure 1 described above
5 can play the role of a package that requires a large number of pins, a small size, and a thin structure based on the necessity of increasing the scale, speed, and function of the integrated circuit. The semiconductor device 11 and the structure 15 as described above are suitable for mounting on a portable information terminal device or a camera-integrated VTR.

【0167】図31は本実施例の構造体の変形例を説明
する断面模式図である。この構造体15は基本的には図
30の構造体と同様であるけれども、次の2点が異なっ
ている。第1は半導体装置11と配線基板14との間に
シリコーン樹脂101が充填され、外部配線接続用はん
だボール12が完全に密閉されている点である。第2
は、外部配線接続用はんだボール12がSn−3wt%
Ag −0.7wt%Cuからなるマトリックス金属12
Aとシリカ粉末(粒径:約3.0μm ,添加量:35vo
l% )12Bとで構成されている点である。このような
構成によれば、構造体15を熱処理により他の部材と一
体化又は電気的接続する場合に、外部配線接続用はんだ
ボール12が再溶融しても、マトリックス金属12Aの
流出とこれに伴う短絡や、断線を防止することができ
る。ここで、マトリックス金属12Aと非金属粉末12
Bには、既述したマトリックス金属5Aと非金属粉末5
Bを適用できる。この際の非金属粉末12Bの適正な粒
径や添加量は非金属粉末5Bの場合と同様な値を選択で
きる。
FIG. 31 is a schematic sectional view for explaining a modified example of the structure of this embodiment. This structure 15 is basically the same as the structure shown in FIG. 30, except for the following two points. First, the silicone resin 101 is filled between the semiconductor device 11 and the wiring board 14, and the solder balls 12 for external wiring connection are completely sealed. Second
Is an external wiring connection solder ball 12 Sn-3wt%
Matrix metal 12 composed of Ag-0.7 wt% Cu
A and silica powder (particle size: about 3.0 μm, addition amount: 35 vo
1%) 12B. According to such a configuration, when the structure 15 is integrated with or electrically connected to another member by heat treatment, even if the solder balls 12 for external wiring connection are remelted, the outflow of the matrix metal 12A and this may occur. It is possible to prevent accompanying short circuit and disconnection. Here, the matrix metal 12A and the non-metal powder 12
In B, the above-mentioned matrix metal 5A and non-metal powder 5
B can be applied. At this time, the appropriate particle size and the addition amount of the non-metal powder 12B can be selected as the same values as those of the non-metal powder 5B.

【0168】(実施例17)本実施例では、COC(Ch
ip On Chip)型半導体装置11及びこれを外部配線基板
に搭載した構造体15について説明する。
(Embodiment 17) In this embodiment, COC (Ch
The ip on chip type semiconductor device 11 and the structure 15 having the same mounted on an external wiring board will be described.

【0169】図32は本実施例の半導体装置及びそれを
用いた構造体を説明する断面模式図である。半導体装置
11は(a)のように構成されている。基板1はSi基
板(15mm×15mm×0.3mm )であり、第2の集積回
路素子基体6′を兼ねる。第2の集積回路素子基体6′
上には第1の集積回路素子基体(12mm×12mm×0.
3mm)6からなるチップ部品がはんだ層(ピッチ:0.
08mm)5により導電的に固着(1次実装はんだ付け,
作業温度:270℃)されている。はんだ層5はSn−
3.5wt%Ag 合金からなるマトリックス金属5Aに
ジルコニア粉末(粒径:0.05 〜0.1μm )5Bを
分散させた複合体で構成され、ジルコニア粉末5Bの添
加量は5vol% に調整されている。図示を省略している
けれども、第1集積回路素子基体6にはAl配線(厚
さ:1.75μm )が設けられており、Al配線上のは
んだ層5を形成する領域にはTi(0.18μm )−C
u(1.75μm)−Ni(15μm)積層金属層が選択
的に設けられている。一方、第2集積回路素子基体6′
にも、第1集積回路素子基体6と同様のAl配線とTi
−Cu−Ni積層金属層が設けられている。第2集積回
路素子基体6′の積層金属層は配線パターン4の役割も
兼ねている。第1集積回路素子基体6及び第2集積回路
素子基体6′とで構成される空隙(約70μm)にはエ
ポキシ樹脂10が充填され、はんだ層5は完全に外気か
ら遮断されるように封止されている。エポキシ樹脂10
はビスフェノールA,無水物系硬化剤としてのメチルヘ
キサヒドロ無水フタル酸,硬化促進剤としてのアミン及
び有機酸とから構成される。また、第2の集積回路素子
基体6′は銀ペースト接着剤(図示を省略)により台座
50上に搭載されている。第2集積回路素子基体6′の
周辺領域にはAl配線層が設けられており(図示を省
略)、このAl配線層は外部端子3とAu細線(直径:
25μm)7のワイヤボンディングによって電気接続さ
れている。ここで、台座50と外部端子3はFe−42
wt%Ni合金(厚さ:0.1mm,Snめっき)からなる
リードフレームを構成していたものである。以上に説明
した各部材は、外部端子3の一部を除いてトランスファ
モールド法(180℃,4.9MPa,3min,180℃
×6h )により設けられたエポキシ樹脂(硬化後の熱
膨張率:16ppm/℃,弾性率:15.7GPa,ガラス
転移点:155℃)101によって封止されている。こ
のようなトランスファモールド用エポキシ樹脂101は、
硬化後の熱膨張率:5〜220ppm/℃,ヤング率:1
〜50GPa,ガラス転移点:120〜160℃の物性
を有する樹脂で代替することが可能である。
FIG. 32 is a schematic sectional view for explaining a semiconductor device of this embodiment and a structure using the same. The semiconductor device 11 is configured as shown in (a). The substrate 1 is a Si substrate (15 mm × 15 mm × 0.3 mm) and also serves as the second integrated circuit element substrate 6 '. Second integrated circuit element substrate 6 '
The first integrated circuit device substrate (12 mm × 12 mm × 0.
3mm) 6 chip parts are solder layers (pitch: 0.
08mm) 5 conductively fixed (primary mounting soldering,
Working temperature: 270 ° C). Solder layer 5 is Sn-
It is composed of a composite material in which zirconia powder (particle size: 0.05 to 0.1 μm) 5B is dispersed in matrix metal 5A made of 3.5 wt% Ag alloy, and the addition amount of zirconia powder 5B is adjusted to 5 vol%. There is. Although not shown, Al wiring (thickness: 1.75 μm) is provided on the first integrated circuit element substrate 6, and Ti (0. 18 μm) -C
A u (1.75 μm) -Ni (15 μm) laminated metal layer is selectively provided. On the other hand, the second integrated circuit element substrate 6 '
In addition, Al wiring and Ti similar to those of the first integrated circuit element substrate 6 are used.
A -Cu-Ni laminated metal layer is provided. The laminated metal layer of the second integrated circuit element substrate 6'also serves as the wiring pattern 4. The void (about 70 μm) formed by the first integrated circuit element substrate 6 and the second integrated circuit element substrate 6'is filled with the epoxy resin 10, and the solder layer 5 is sealed so as to be completely shielded from the outside air. Has been done. Epoxy resin 10
Is composed of bisphenol A, methylhexahydrophthalic anhydride as an anhydride type curing agent, amine and an organic acid as a curing accelerator. The second integrated circuit element substrate 6'is mounted on the pedestal 50 with a silver paste adhesive (not shown). An Al wiring layer is provided in the peripheral region of the second integrated circuit element substrate 6 '(not shown), and this Al wiring layer is provided with the external terminals 3 and Au thin wires (diameter:
25 μm) 7 wire bonding. Here, the pedestal 50 and the external terminal 3 are made of Fe-42.
The lead frame was composed of a wt% Ni alloy (thickness: 0.1 mm, Sn plating). Each of the members described above has the transfer molding method (180 ° C., 4.9 MPa, 3 min, 180 ° C.) except for a part of the external terminal 3.
It is sealed with an epoxy resin (thermal expansion coefficient after curing: 16 ppm / ° C., elastic modulus: 15.7 GPa, glass transition point: 155 ° C.) 101 provided by (× 6 h). Such transfer mold epoxy resin 101,
Thermal expansion coefficient after curing: 5-220 ppm / ° C, Young's modulus: 1
A resin having physical properties of ˜50 GPa and glass transition point: 120 to 160 ° C. can be substituted.

【0170】以上に説明した半導体装置11によれば、
はんだ層5はSn−3.5wt%Ag合金からなるマトリ
ックス金属5Aにジルコニア粉末5Bを分散させた複合
体で構成されているため、後述する2次実装はんだ付け
において再溶融を生じても、マトリックス金属5Aの流
出とこれに伴う短絡や、断線を防止することができる。
また、本実施例の半導体装置11は次のような特徴を有
する。すなわち、(1)第1の集積回路素子基体6と第2
の集積回路素子基体6′は互いに異なった電気的役割を
担った異種デバイスであるけれども、対面接合による実
装面積の縮小が図られ、(2)電気信号ロスの少ない高
速通信に適す金属接合がなされている。
According to the semiconductor device 11 described above,
Since the solder layer 5 is composed of a composite material in which the zirconia powder 5B is dispersed in the matrix metal 5A made of Sn-3.5 wt% Ag alloy, even if remelting occurs in the secondary mounting soldering described later, the matrix It is possible to prevent the outflow of the metal 5A and the resulting short circuit and disconnection.
Further, the semiconductor device 11 of this embodiment has the following features. That is, (1) the first integrated circuit element substrate 6 and the second
Although the integrated circuit element substrate 6'is a heterogeneous device that plays different electrical roles, the mounting area can be reduced by face-to-face bonding, and (2) metal bonding suitable for high-speed communication with less electrical signal loss is performed. ing.

【0171】本実施例の半導体装置11には150℃,
1000hの高温放置試験により、第1の集積回路素子
基体6と第2の集積回路素子基体6′の間のはんだ接合
部の接続抵抗を追跡した。抵抗値は50mΩの初期値に
対して1000h後は58mΩと、優れた安定性を示し
た。また、半導体装置11には(1)85℃,85%R
H,50Vの高温高湿ブロッキング試験、(2)150
℃,500hの高温放置試験、(3)−55〜150
℃,1000回の温度サイクル試験を施した。いずれの
試験においても投入試料数15個に対して回路機能低下
による不良数はゼロと、優れた信頼性を示した。
The semiconductor device 11 of this embodiment has a temperature of 150 ° C.
The connection resistance of the solder joint between the first integrated circuit element substrate 6 and the second integrated circuit element substrate 6 ′ was traced by a 1000 h high temperature storage test. The resistance value was 58 mΩ after 1000 h with respect to the initial value of 50 mΩ, showing excellent stability. Further, the semiconductor device 11 has (1) 85 ° C. and 85% R
H, 50V high temperature and high humidity blocking test, (2) 150
C., 500h high temperature storage test, (3) -55-150
A temperature cycle test was conducted 1000 ° C. and 1000 times. In all the tests, the number of defects due to the deterioration of the circuit function was zero with respect to the number of input samples of 15, which showed excellent reliability.

【0172】次に、上述の半導体装置11を用いた構造
体15は(b)のように構成されている。半導体装置1
1の外部端子3と、実施例2と同様の材料からなる配線
基板14の外部配線(Cu,厚さ:25μm)13の間
は、外部配線接続用はんだ(Sn−3wt%Ag−0.
7wt%Cu )12により固着されている。この際の
2次実装はんだ付けは255℃のもとで実施されてい
る。
Next, the structure 15 using the above-described semiconductor device 11 is constructed as shown in (b). Semiconductor device 1
Between the external terminal 3 of No. 1 and the external wiring (Cu, thickness: 25 μm) 13 of the wiring board 14 made of the same material as in Example 2, the external wiring connection solder (Sn-3 wt% Ag-0.
7 wt% Cu) 12 is fixed. The secondary mounting soldering at this time is performed at 255 ° C.

【0173】本実施例の構造体15における半導体装置
11の不良(短絡又は断線による回路機能の消失)発生
率は0.00056% と極めて低い値であった。これは
ジルコニア粉末5Bの添加によるはんだ材5の流出防止
効果によるものである。この流出防止効果は、ジルコニ
ア粉末5Bによる再溶融はんだ材5の体積膨張の抑制,
流動性の抑制,目詰まり現象,溶融マトリックス金属5
Aと被接続金属間の実質的接触面積の低減に基づく。
The occurrence rate of defects (disappearance of circuit function due to short circuit or disconnection) of the semiconductor device 11 in the structure 15 of this example was a very low value of 0.00056%. This is due to the effect of preventing the solder material 5 from flowing out by adding the zirconia powder 5B. This outflow prevention effect suppresses the volume expansion of the remelted solder material 5 by the zirconia powder 5B,
Suppression of fluidity, clogging phenomenon, molten matrix metal 5
Based on the reduction of the substantial contact area between A and the metal to be connected.

【0174】本実施例構造体15には−30〜125℃
の温度サイクル試験が施された。2000回までの試験
では、本実施例構造体15は半導体装置11の回路機能
消失による不具合は示さなかった。
The structure 15 of this example has a temperature of -30 to 125 ° C.
Was subjected to a temperature cycle test. In the test up to 2000 times, the structure 15 of the present embodiment did not show any defect due to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11.

【0175】本実施例では、第1の集積回路素子基体6
及び第2の集積回路素子基体6′とで構成される空隙に
エポキシ樹脂10を充填し、更にトランスファモールド
法によるエポキシ樹脂101で封止した構造の半導体装
置11及び構造体15について説明した。しかし、本実
施例において、半導体装置11及び構造体15は上記の
形態に限定されない。
In this embodiment, the first integrated circuit element substrate 6
The semiconductor device 11 and the structure 15 having a structure in which the void formed by the second integrated circuit element substrate 6'and the epoxy resin 10 is filled and further sealed with the epoxy resin 101 by the transfer molding method have been described. However, in the present embodiment, the semiconductor device 11 and the structure 15 are not limited to the above-mentioned form.

【0176】図33は他の形態のCOC型半導体装置を
説明する断面模式図である。この半導体装置11では、
第1の集積回路素子基体6及び第2の集積回路素子基体
6′とで構成される空隙に、トランスファモールド法に
よるエポキシ樹脂101が充填されている。このような
構成の半導体装置11であっても、本実施例と同様の効
果が得られる。また、詳細な説明を省略するけれども、
このような構造の半導体装置11を配線基板14に搭載
した構造体15の場合も、本実施例と同様の効果を得る
ことができる。
FIG. 33 is a schematic sectional view for explaining a COC type semiconductor device of another form. In this semiconductor device 11,
An epoxy resin 101 formed by a transfer molding method is filled in a space formed by the first integrated circuit element substrate 6 and the second integrated circuit element substrate 6 '. Even with the semiconductor device 11 having such a configuration, the same effect as that of the present embodiment can be obtained. Although detailed description is omitted,
Also in the case of the structure 15 in which the semiconductor device 11 having such a structure is mounted on the wiring board 14, the same effect as this embodiment can be obtained.

【0177】以上に説明した半導体装置11や構造体1
5は、集積回路の大規模化,高速化,多機能化等の必要
性に基づいて多ピン化,小型化,薄型化が必要となるパ
ッケージの役割を担うことができる。このような半導体
装置11や構造体15は、携帯情報端末機器やカメラ一
体型VTRに実装するのに適している。
The semiconductor device 11 and the structure 1 described above
5 can play the role of a package that requires a large number of pins, a small size, and a thin structure based on the necessity of increasing the scale, speed, and function of the integrated circuit. The semiconductor device 11 and the structure 15 as described above are suitable for mounting on a portable information terminal device or a camera-integrated VTR.

【0178】(実施例18)本実施例では、携帯機器用
超小型DC/DCコンバータとしての半導体装置11及
びこれを外部配線基板に搭載した構造体15について説
明する。
(Embodiment 18) In this embodiment, a semiconductor device 11 as a microminiature DC / DC converter for portable equipment and a structure 15 having the semiconductor device 11 mounted on an external wiring board will be described.

【0179】図34は本実施例の半導体装置及びそれを
用いた構造体を説明する断面模式図である。半導体装置
11は(a)のように構成されている。多層ガラスエポ
キシ基板(25mm×10mm×0.4mm )1の内部には内
層配線層(Cu,厚さ:15μm、図示を省略)2及び
スルーホール配線(Cu,めっき形成、図示を省略)2
Aが設けられている。基板1の第1主面1Aには配線パ
ターン(Cu,厚さ:25μm,厚さ5μmのNiめっ
き及び厚さ1μmのAuめっきを順次形成)4が設けら
れ、この配線パターン4上には薄膜インダクタ110,
PWM制御集積回路基体6A,スイッチング素子として
のMOS FET素子基体6B,整流ダイオード6C
(図示を省略),チップ抵抗8,コンデンサ9のチップ
部品が、はんだ層5により導電的に固着(1次実装はん
だ付け,作業温度:270℃)されている。はんだ層5
はSn−5wt%Sb合金からなるマトリックス金属5
Aにジルコニア粉末とアルミナ粉末からなる混合粉末
(粒径:2.0〜3.0μm)5Bを分散させた複合体で
構成され、混合粉末5Bの添加量は30vol% に調整さ
れている。また、半導体素子基体6A,6B及び薄膜イ
ンダクタ110と配線パターン4の所定部間には、Au
からなる金属細線7がボンディング(直径40μm)さ
れている。これらのチップ部品,金属細線7,配線パタ
ーン4,第1主面1Aは主成分がエポキシ材である樹脂
層(硬化後の物性が、熱膨張率:9.0ppm/℃,ヤング
率:24.5GPa,ガラス転移点:150℃,フィラ
添加量:85wt%)10により外気から完全に遮断さ
れる如くに封止されている。この樹脂層(寸法:23mm
×9mm×0.8mm)10はポッテイング法により形成し
たものである。基板1の第1主面1Aから側面1Cに沿
って、外部端子層(Cu,厚さ:25μm,厚さ5μm
のNiめっき及び厚さ1μmのAuめっきを順次形成)
3が延長して設けられている。外部端子層3は基板1の
内部に設けられた内層配線層2やスルーホール配線2A
を中継して配線パターン4と電気的に接続されている。
以上に説明したように、いずれのチップ部品も基板1,
配線パターン4,樹脂層10によって完全に封止され、
これらのチップ部品を固着しているはんだ層5もチップ
部品,配線パターン4,樹脂層10によって完全に封止
されている。
FIG. 34 is a schematic sectional view for explaining a semiconductor device of this embodiment and a structure using the same. The semiconductor device 11 is configured as shown in (a). Inside the multi-layer glass epoxy substrate (25 mm × 10 mm × 0.4 mm) 1, an inner wiring layer (Cu, thickness: 15 μm, not shown) 2 and through-hole wiring (Cu, plating, not shown) 2
A is provided. A wiring pattern (Cu, thickness: 25 μm, Ni plating having a thickness of 5 μm and Au plating having a thickness of 1 μm is sequentially formed) 4 is provided on the first main surface 1A of the substrate 1, and a thin film is formed on the wiring pattern 4. Inductor 110,
PWM control integrated circuit substrate 6A, MOS FET device substrate 6B as a switching element, rectifying diode 6C
The chip components such as the chip resistor 8 and the capacitor 9 (not shown) are conductively fixed by the solder layer 5 (primary mounting soldering, working temperature: 270 ° C.). Solder layer 5
Is a matrix metal 5 made of Sn-5 wt% Sb alloy
It is composed of a composite in which a mixed powder (particle size: 2.0 to 3.0 μm) 5B composed of zirconia powder and alumina powder is dispersed in A, and the addition amount of the mixed powder 5B is adjusted to 30 vol%. Further, Au is provided between the semiconductor element substrates 6A and 6B and the thin film inductor 110 and a predetermined portion of the wiring pattern 4.
A thin metal wire 7 made of is bonded (diameter 40 μm). These chip parts, thin metal wires 7, wiring pattern 4, and first main surface 1A are resin layers whose main component is an epoxy material (the physical properties after curing are: thermal expansion coefficient: 9.0 ppm / ° C., Young's modulus: 24. 5 GPa, glass transition point: 150 ° C., filler addition amount: 85 wt%) 10 so as to be completely shielded from the outside air. This resin layer (Dimension: 23mm
× 9 mm × 0.8 mm) 10 is formed by the potting method. The external terminal layer (Cu, thickness: 25 μm, thickness 5 μm) extends from the first main surface 1A of the substrate 1 to the side surface 1C.
Ni plating and 1 μm thick Au plating are sequentially formed)
3 is provided as an extension. The external terminal layer 3 is an inner wiring layer 2 or through-hole wiring 2A provided inside the substrate 1.
And is electrically connected to the wiring pattern 4.
As described above, each chip component is
Completely sealed by the wiring pattern 4 and the resin layer 10,
The solder layer 5 fixing these chip components is also completely sealed by the chip component, the wiring pattern 4, and the resin layer 10.

【0180】以上に説明した半導体装置11によれば、
はんだ層5はSn−5wt%Sb合金からなるマトリッ
クス金属5Aにジルコニア粉末とアルミナ粉末からなる
混合粉末(粒径:2.0〜3.0μm)5Bを分散させた
複合体で構成されているため、後述する2次実装はんだ
付けにおいて再溶融を生じても、マトリックス金属5A
の流出とこれに伴う短絡,断線を防止することができ
る。
According to the semiconductor device 11 described above,
Since the solder layer 5 is composed of a composite in which a mixed powder (particle size: 2.0 to 3.0 μm) 5B made of zirconia powder and alumina powder is dispersed in a matrix metal 5A made of Sn-5 wt% Sb alloy. Even if remelting occurs in the secondary mounting soldering described later, the matrix metal 5A
It is possible to prevent the outflow of water and the resulting short circuit and disconnection.

【0181】図35は本実施例半導体装置の回路を説明
する図である。この半導体装置11は5MHzのスイッ
チング用DC/DCコンバータ回路を構成している。入
力側(Vi)にはリチウムイオン二次電池(電圧:3.0
〜4.2V,平均電圧:3.6V)と接続され、出力側
(Vo)には複数の各種負荷が接続され、各種負荷の必
要とする電圧に応じて昇圧又は降圧ないし反転しながら
最大出力電圧:4.7V,最大出力電流:600mA
(最大出力:約3W)の電力が供給される。このDC/
DCコンバータ回路は、通信機能,表示機能,画像情報
の高速処理機能を必要とする携帯電話やブック型パソコ
ン用として適している。
FIG. 35 is a diagram for explaining the circuit of the semiconductor device of this embodiment. The semiconductor device 11 constitutes a 5 MHz switching DC / DC converter circuit. A lithium-ion secondary battery (voltage: 3.0) on the input side (Vi)
~ 4.2V, average voltage: 3.6V), multiple loads are connected to the output side (Vo), maximum output while boosting or stepping down or inverting depending on the voltage required by each load. Voltage: 4.7V, Maximum output current: 600mA
Electric power of (maximum output: about 3 W) is supplied. This DC /
The DC converter circuit is suitable for mobile phones and book-type personal computers that require communication functions, display functions, and high-speed image information processing functions.

【0182】上記半導体装置11を組み込んだ本実施例
の構造体15は図34(b)のように構成されている。
半導体装置11は、実施例2と同様の材料からなる配線
基板14の外部配線(Cu,厚さ:25μm)13上
に、外部配線接続用はんだ(Sn−5wt%Sb−0.
6wt%Ni−0.05wt%P)12により固着され
ている。この際、外部配線接続用はんだ12による2次
実装はんだ付けは、270℃のもとで実施されている。
The structure 15 of this embodiment, in which the semiconductor device 11 is incorporated, is constructed as shown in FIG.
The semiconductor device 11 has an external wiring (Cu, thickness: 25 μm) 13 of a wiring board 14 made of the same material as that of the second embodiment, and external wiring connection solder (Sn-5 wt% Sb-0.
6 wt% Ni-0.05 wt% P) 12. At this time, the secondary mounting soldering with the external wiring connecting solder 12 is performed at 270 ° C.

【0183】本実施例の構造体15における半導体装置
11の不良(短絡又は断線による回路機能の消失)発生
率は0.00038% と極めて低い値であった。これは
ジルコニア粉末とアルミナ粉末5Bの添加によるはんだ
材5の流出防止効果によるものである。この流出防止効
果は、ジルコニア及びアルミナの混合粉末5Bによる再
溶融はんだ材5の体積膨張の抑制,流動性の抑制,目詰
まり現象,溶融マトリックス金属5Aと配線パターン4
間の実質的接触面積の低減に基づく。
The occurrence rate of defects (disappearance of circuit function due to short circuit or disconnection) of the semiconductor device 11 in the structure 15 of this example was a very low value of 0.0038%. This is due to the effect of preventing the solder material 5 from flowing out by adding the zirconia powder and the alumina powder 5B. This outflow prevention effect is obtained by suppressing the volume expansion of the remelted solder material 5 by the mixed powder 5B of zirconia and alumina, the suppression of fluidity, the clogging phenomenon, the molten matrix metal 5A and the wiring pattern 4.
Based on the reduction of the substantial contact area between.

【0184】本実施例の構造体15を用いて、DC/D
Cコンバータとしての制御特性を調べた。3Vから4.
2V までの入力電圧変動に対して出力電圧は±3%以
下の変動しかなく、構造体15は優れた制御性を有して
いることが確認された。
Using the structure 15 of this example, DC / D
The control characteristics as a C converter were investigated. 3V to 4.
It was confirmed that the output voltage had a fluctuation of ± 3% or less with respect to the fluctuation of the input voltage up to 2 V, and the structure 15 had excellent controllability.

【0185】また、図36は本実施例構造体の出力電流
と変換効率の関係を説明するグラフである。入力電圧
(Vin)が3.0V,3.6V,4.2V の場合につい
て示しているけれども、特にリチウムイオン二次電池の
平均電圧3.6V に対して、出力電流300mAの場合
は80%以上と高い効率が得られている。
FIG. 36 is a graph for explaining the relationship between the output current and the conversion efficiency of the structure of this example. Although the figure shows the case where the input voltage (Vin) is 3.0V, 3.6V and 4.2V, especially when the output current is 300mA, the average voltage of the lithium-ion secondary battery is 3.6% and 80% or more. And high efficiency is obtained.

【0186】(実施例19)本実施例では、自動車用オ
ルタネータ装置用半導体装置11及びこれを用いた構造
体15について説明する。
(Embodiment 19) In this embodiment, a semiconductor device 11 for an alternator device for an automobile and a structure 15 using the semiconductor device 11 will be described.

【0187】図37は本実施例半導体装置を説明する断
面模式図である。1は配線部材としてのCu容器であ
り、その表面にNiめっき層(厚さ:3〜7μm、図示
を省略)を形成している。容器1の底部にはんだ層5″
により熱膨張緩和部材19が取り付けられており、熱膨
張緩和部材19上にはんだ層5により固着された半導体
基体6と、半導体基体6上にはんだ層5′を介してCu
リード7が固着されている。また、熱膨張緩和部材1
9,Cuリード7,はんだ層5,5′,5″及び半導体
基体6の表面を被覆する樹脂層(熱膨張率:450ppm
/℃,ヤング率:1.27MPa,シリコーン樹脂(75
%)と炭酸カルシウム(25%)からなるRTVシリコ
ーンゴム)10が形成されている。熱膨張緩和部材19
は異種金属板の積層構造体〔Cu(厚さ:0.2mm)−
インバ(0.2mm)−Cu(0.2mm)〕で、直径5mmの
円盤状に加工されている。この熱膨張緩和部材19の横
方向熱膨張率は10.6ppm/℃ であり、熱伝導率は3
0.3W/m・K(縦方向),262W/m・K(横方
向)を有する。円盤加工された熱膨張緩和部材19の表
面には、Niめっき層(厚さ:3〜7μm、図示を省
略)が形成されている。Cuリード7の表面にも同様の
Niめっき層が形成されている。半導体基体6はSiか
らなるダイオードで、厚さ0.3mm,直径約4mmの円板
状に加工されている。
FIG. 37 is a schematic sectional view for explaining the semiconductor device of this embodiment. Reference numeral 1 is a Cu container as a wiring member, and a Ni plating layer (thickness: 3 to 7 μm, not shown) is formed on the surface thereof. Solder layer 5 "on the bottom of container 1
The thermal expansion alleviating member 19 is attached to the semiconductor substrate 6 fixed by the solder layer 5 on the thermal expansion alleviating member 19 and the Cu on the semiconductor substrate 6 via the solder layer 5 ′.
The lead 7 is fixed. Further, the thermal expansion alleviating member 1
9, Cu lead 7, solder layer 5, 5 ′, 5 ″ and resin layer covering the surface of the semiconductor substrate 6 (coefficient of thermal expansion: 450 ppm
/ ° C, Young's modulus: 1.27 MPa, silicone resin (75
%) And calcium carbonate (25%) RTV silicone rubber) 10. Thermal expansion alleviating member 19
Is a laminated structure of dissimilar metal plates [Cu (thickness: 0.2 mm)-
Invar (0.2 mm) -Cu (0.2 mm)], and processed into a disk shape with a diameter of 5 mm. The thermal expansion coefficient of this thermal expansion relaxation member 19 is 10.6 ppm / ° C. and the thermal conductivity is 3
It has 0.3 W / m · K (vertical direction) and 262 W / m · K (horizontal direction). A Ni plating layer (thickness: 3 to 7 μm, not shown) is formed on the surface of the disk-shaped thermal expansion relaxation member 19. A similar Ni plating layer is also formed on the surface of the Cu lead 7. The semiconductor substrate 6 is a diode made of Si and is processed into a disk shape having a thickness of 0.3 mm and a diameter of about 4 mm.

【0188】ここで、はんだ層5,5′,5″ はPb
−50wt%Sn−1.5wt%Ag合金からなるマト
リックス金属5Aにジルコニア粉末(粒径:3μm)5
Bを分散させた複合体で構成され、混合粉末5Bの添加
量は20vol% に調整されている。はんだ付けは、Cu
容器,熱膨張緩和部材19,半導体基体6,Cuリード
7の各部材の間にシート状はんだ材5,5′,5″を積
層状に配置し、これらを水素雰囲気中、350℃の熱処
理により実施している。
Here, the solder layers 5, 5 ', 5 "are made of Pb.
-50 wt% Sn-1.5 wt% Ag alloy Matrix metal 5A with zirconia powder (particle size: 3 μm) 5
It is composed of a composite in which B is dispersed, and the addition amount of the mixed powder 5B is adjusted to 20 vol%. Cu is used for soldering
Sheet-shaped solder materials 5, 5 ', 5 "are arranged in layers between the container, the thermal expansion relaxation member 19, the semiconductor substrate 6 and the Cu leads 7, and these are heat-treated at 350 ° C in a hydrogen atmosphere. It is being carried out.

【0189】はんだ層5,5′,5″の厚さは20〜3
00μmの範囲であればよいが、半導体装置11に要求
される信頼性,作業性,歩留り等を考慮すると50〜2
00μmの範囲がより望ましい。
The thickness of the solder layers 5, 5 ', 5 "is 20 to 3
The thickness may be in the range of 00 μm, but in consideration of the reliability, workability, yield, etc. required for the semiconductor device 11, it is 50 to 2
The range of 00 μm is more desirable.

【0190】リード7としてはCu以外に、Cuを母材
にした合金が用いられてもよい。この際、はんだぬれ性
を付与するために、表面にNi以外にAg,Au等の金
属をめっきしておくことが望ましい。
As the lead 7, in addition to Cu, an alloy containing Cu as a base material may be used. At this time, in order to impart solder wettability, it is desirable to plate the surface with a metal such as Ag or Au in addition to Ni.

【0191】熱膨張緩和部材19はMo,W,Cu−W
複合材,Cu−Mo複合材,Cu−Cu2O複合材,A
l−SiC複合材のように熱膨張率が半導体基体に近似
し、熱伝導率が高い材料で代替することが可能である。
The thermal expansion relaxation member 19 is made of Mo, W, Cu-W.
Composite material, Cu-Mo composite material, Cu-Cu2O composite material, A
It is possible to substitute a material having a thermal expansion coefficient close to that of a semiconductor substrate and a high thermal conductivity, such as an l-SiC composite material.

【0192】樹脂層10は、例えば熱膨張率:1〜3pp
m/℃,ヤング率:1960MPaのフェノール樹脂
(炭酸カルシウム添加),熱膨張率:30ppm/℃,ヤ
ング率:11000MPaのシリコーン樹脂,熱膨張
率:35〜75ppm/℃ ,ヤング率:8800MPaの
ポリブチレンテレフタレート樹脂,熱膨張率:19〜2
2ppm/℃ ,ヤング率:11700〜13700MPa
のポリフェニレンサルファイド樹脂(40%ガラス繊維
配合),熱膨張率:950ppm/℃,ヤング率:0.02
MPaのシリコーンゲル樹脂で代替することが可能であ
る。
The resin layer 10 has, for example, a coefficient of thermal expansion of 1 to 3 pp.
m / ° C, Young's modulus: 1960 MPa phenol resin (calcium carbonate added), thermal expansion coefficient: 30 ppm / ° C, Young's modulus: 11000 MPa silicone resin, thermal expansion coefficient: 35-75 ppm / ° C, Young's modulus: 8800 MPa polybutylene Terephthalate resin, coefficient of thermal expansion: 19-2
2 ppm / ° C, Young's modulus: 11700 to 13700 MPa
Polyphenylene sulfide resin (containing 40% glass fiber), coefficient of thermal expansion: 950 ppm / ° C, Young's modulus: 0.02
It is possible to substitute a silicone gel resin of MPa.

【0193】以上に説明したように、半導体装置11に
搭載された部材、特にはんだ層5,5′,5″は容器
1,熱膨張緩和部材19,半導体基体6,Cuリード
7,樹脂層10によって完全に封止されている。このよ
うな構造の半導体装置11によれば、はんだ層5,
5′,5″はPb−50wt%Sn−1.5wt%Ag
合金からなるマトリックス金属5Aとジルコニア粉末5
Bを分散させた複合体で構成されているため、後述する
2次実装はんだ付けにおいて再溶融を生じても、マトリ
ックス金属5Aの流出とこれに伴う短絡(特に熱膨張緩
和部材19と半導体基体6の間、半導体基体6とCuリ
ード7の間)を防止することができる。
As described above, the members mounted on the semiconductor device 11, especially the solder layers 5, 5 ', 5 "are the container 1, the thermal expansion alleviating member 19, the semiconductor substrate 6, the Cu lead 7, the resin layer 10. With the semiconductor device 11 having such a structure, the solder layer 5,
5 ', 5 "is Pb-50wt% Sn-1.5wt% Ag
Matrix metal 5A made of alloy and zirconia powder 5
Since it is composed of a composite in which B is dispersed, even if remelting occurs in the secondary mounting soldering described later, the matrix metal 5A flows out and a short circuit is caused by the outflow (in particular, the thermal expansion relaxation member 19 and the semiconductor substrate 6). (Between the semiconductor substrate 6 and the Cu lead 7) can be prevented.

【0194】図38は本実施例の半導体装置の温度サイ
クル試験における熱抵抗の推移を説明するグラフであ
る。図において、Aは本実施例の半導体装置11、Bは
比較例半導体装置の場合である。ここで、比較例半導体
装置は、本実施例の半導体装置11のはんだ層5,
5′,5″ に対応する部分がPb−50wt%Sn−
1.5wt%Ag合金のみで構成(非金属粉末を添加せ
ず)され、その他の構成は本実施例と同一構成である。
縦軸の初期値に対する熱抵抗増加量は、(試験後の熱抵
抗/初期熱抵抗)比で表わす。試料A及びBとも1万サ
イクルまでの試験で熱抵抗は増加せず、初期熱抵抗値が
維持されている。この結果は、本実施例半導体装置11
のようにはんだ層5,5′,5″に非金属粉末5Bが添
加されている場合であっても、非金属粉末無添加の場合
と同等の信頼性を確保できることを示唆する。
FIG. 38 is a graph for explaining the transition of thermal resistance in the temperature cycle test of the semiconductor device of this example. In the figure, A is the semiconductor device 11 of this embodiment, and B is the comparative semiconductor device. Here, the comparative semiconductor device is the solder layer 5 of the semiconductor device 11 of the present embodiment.
The part corresponding to 5 ', 5 "is Pb-50wt% Sn-
It is composed of only a 1.5 wt% Ag alloy (without adding non-metal powder), and the other structures are the same as those of the present embodiment.
The amount of increase in thermal resistance with respect to the initial value on the vertical axis is represented by the ratio of (thermal resistance after test / initial thermal resistance). In the samples A and B, the thermal resistance did not increase in the test up to 10,000 cycles, and the initial thermal resistance value was maintained. This result shows that the semiconductor device 11 according to the present embodiment.
It is suggested that even when the non-metal powder 5B is added to the solder layers 5, 5 ′ and 5 ″ as described above, the same reliability as in the case where the non-metal powder is not added can be secured.

【0195】図39は本実施例半導体装置のパワーサイ
クル試験における熱抵抗の推移を説明するグラフであ
る。この試験においては、容器1の温度が30〜125
℃の変化を生ずるように半導体装置11に間欠通電を施
した。図におけるAとBは図38に示した温度サイクル
試験の場合と同様である。また、縦軸の見方も図38の
場合と同様である。試料A及びBとも、約5万サイクル
までは初期値と同等の熱抵抗を示し、熱抵抗増加は5万
サイクルを越えてから生じている。この結果からも、本
実施例の半導体装置11のようにはんだ層5,5′,
5″に非金属粉末5Bが添加されている場合であって
も、非金属粉末無添加の場合と同等の信頼性を確保でき
ることを確認できる。
FIG. 39 is a graph for explaining the transition of thermal resistance in the power cycle test of the semiconductor device of this example. In this test, the temperature of the container 1 is 30 to 125.
The semiconductor device 11 was intermittently energized so as to cause a change in temperature. A and B in the figure are the same as in the case of the temperature cycle test shown in FIG. Also, the view of the vertical axis is the same as in the case of FIG. Samples A and B both showed a thermal resistance equivalent to the initial value up to about 50,000 cycles, and the increase in thermal resistance occurred after exceeding 50,000 cycles. Also from this result, as in the semiconductor device 11 of this embodiment, the solder layers 5, 5 ′,
It can be confirmed that even when the nonmetallic powder 5B is added to 5 ″, the same level of reliability as in the case where the nonmetallic powder is not added can be secured.

【0196】上記の半導体装置11は、構造体15とし
ての全波整流装置に適用された。図40は全波整流装置
を説明する平面図及び断面図である。(a)は構造体1
5としての全波整流装置の平面図、そして(b)はA−
A′断面図である。図において、半導体装置11は、C
u容器1,容器1の底部にはんだ層5″により固着され
た熱膨張緩和部材19,熱膨張緩和部材19上にはんだ
層5により固着された半導体基体6,半導体基体6上に
はんだ層5′を介して固着されたCuリード7、そして
これらを被覆する樹脂層10からなる。3個の半導体装
置11のCu容器1が、外部配線接続層12を介して外
部配線13と外部配線基板14の役割を兼ねる第1放熱
板90に接着される。また、第2放熱板91上にも同様
に3個の半導体装置11が搭載されている。すなわち、
複数個の半導体装置11が互いに対をなす第1放熱板9
0及び第2放熱板91上に搭載され、各放熱板内では整
流方向が揃えられ、放熱板相互間では整流方向が異なる
ように取り付けられている。ここで、第1放熱板90及
び第2放熱板91にはプレス加工したCu板が用いられ
ている。放熱板90,91の役割は、半導体装置11が
放出する熱を効率よく外部へ伝達すること及び電力を効
率よく伝達することにある。この観点から、放熱板9
0,91にはAl板を用いることも可能である。第1放
熱板90と第2放熱板91は互いに対をなしており、エ
ポキシ樹脂等からなる端子台92に取り付け部材93を
介して取り付けられている。Cuリード7は、はんだ材
94を介してあらかじめ端子台92に埋め込まれたCu
端子95に接合されている。はんだ材94や外部配線接
続層12にはPb−63wt%Sn合金が適用され、こ
れらのはんだ付けは260℃の熱処理により実施されて
いる。この合金は、(1)Pb−5wt%Sn−1.5
wt%Ag,Pb−10wt%Sn ,Pb−50wt
%Sn,Pb−63wt%Snの如きPb−Sn系合金
材、(2)Snからなる金属又は(3)Sn,Sb,A
g,Cu,Ni,P,Bi,Zn,AuそしてInの群
から選択された少なくとも2種を含む合金材で代替して
もよい。
The semiconductor device 11 described above is applied to a full-wave rectifier as the structure 15. FIG. 40 is a plan view and a sectional view for explaining the full-wave rectifier. (A) is structure 1
5 is a plan view of the full-wave rectifier as 5, and (b) is A-
It is an A'cross section figure. In the figure, the semiconductor device 11 is C
u container 1, thermal expansion relaxation member 19 fixed to the bottom of container 1 by solder layer 5 ″, semiconductor substrate 6 fixed on thermal expansion relaxation member 19 by solder layer 5, solder layer 5 ′ on semiconductor substrate 6 The Cu container 7 of the three semiconductor devices 11 includes the Cu leads 7 fixed via the external leads 13 and the external wiring substrate 14 via the external wiring connection layer 12. It is adhered to the first heat dissipation plate 90 which also serves a role, and three semiconductor devices 11 are similarly mounted on the second heat dissipation plate 91. That is,
First heat dissipation plate 9 in which a plurality of semiconductor devices 11 are paired with each other
The heat radiating plates are mounted on the zero and second heat radiating plates 91 so that the rectifying directions are aligned in each heat radiating plate and the rectifying directions are different between the heat radiating plates. Here, pressed Cu plates are used for the first heat radiating plate 90 and the second heat radiating plate 91. The role of the heat sinks 90 and 91 is to efficiently transfer the heat emitted from the semiconductor device 11 to the outside and to efficiently transfer the electric power. From this viewpoint, the heat sink 9
It is also possible to use an Al plate for 0 and 91. The first heat radiating plate 90 and the second heat radiating plate 91 form a pair, and are attached to a terminal block 92 made of epoxy resin or the like via a mounting member 93. The Cu lead 7 is made of Cu which is embedded in the terminal block 92 in advance through the solder material 94.
It is joined to the terminal 95. A Pb-63 wt% Sn alloy is applied to the solder material 94 and the external wiring connection layer 12, and these solderings are performed by heat treatment at 260 ° C. This alloy has (1) Pb-5 wt% Sn-1.5
wt% Ag, Pb-10 wt% Sn, Pb-50 wt
% Sn, Pb-63 wt% Pb-Sn alloy material such as Sn, (2) Sn-based metal or (3) Sn, Sb, A
An alloy material containing at least two selected from the group consisting of g, Cu, Ni, P, Bi, Zn, Au and In may be used instead.

【0197】本実施例の構造体15における半導体装置
11の不良(短絡による回路機能の消失)発生率は0.
00044%と極めて低い値であった。これはジルコニ
ア粉末5Bの添加によるはんだ材5の流出防止効果によ
るものである。この流出防止効果は、ジルコニア粉末5
Bによる再溶融はんだ材5の体積膨張の抑制,流動性の
抑制,目詰まり現象に基づく。
The occurrence rate of defects (disappearance of circuit function due to short circuit) of the semiconductor device 11 in the structure 15 of the present embodiment is 0.
It was an extremely low value of 0,004%. This is due to the effect of preventing the solder material 5 from flowing out by adding the zirconia powder 5B. This outflow prevention effect is obtained by using zirconia powder 5
This is based on the suppression of volume expansion of the remelted solder material 5 due to B, the suppression of fluidity, and the clogging phenomenon.

【0198】図41は本実施例の構造体の全波整流回路
を説明する回路図である。この全波整流装置15は、車
両用三相交流発電機に取り付けられた。車両のエンジン
による回転動力がロータに伝達され、このロータに取り
付けられたロータコイルが励磁されることにより、ステ
ータコイルに交流が発生する。全波整流装置15のU,
V,W端子は、上記のステータコイルと接続されてい
る。したがって、U,V,W端子を経由した交流は各半
導体装置11により直流に変換され、端子A及びBを通
して負荷に直流電力として供給される。
FIG. 41 is a circuit diagram for explaining the full-wave rectifier circuit of the structure of this embodiment. This full-wave rectifier 15 was attached to a three-phase AC generator for vehicles. Rotational power generated by the engine of the vehicle is transmitted to the rotor, and the rotor coil attached to the rotor is excited to generate alternating current in the stator coil. U of full-wave rectifier 15,
The V and W terminals are connected to the stator coil described above. Therefore, the alternating current passing through the U, V, W terminals is converted into direct current by each semiconductor device 11, and is supplied to the load as DC power through the terminals A and B.

【0199】全波整流装置15は、これが取り付けられ
た三相交流発電機100とともに自動車のエンジンルー
ム内に搭載された。この自動車には20万kmの走行試
験が施された。三相交流発電機100及び全波整流装置
15は、この走行試験期間中は常に稼働状態にあったけ
れども、電気的機能は初期状態と同等に維持されてい
た。このように優れた耐久性能が得られた理由として、
(1)半導体装置11の内部におけるはんだ層5,
5′,5″の再溶融による流出が完全に抑制された点、
(2)半導体装置11内の各部材が図38,図39に示
したように優れた信頼性を持つはんだ層5,5′,5″
で接続されている点が挙げられる。
The full-wave rectifier 15 was installed in the engine room of the automobile together with the three-phase AC generator 100 to which it was attached. This car was subjected to a driving test of 200,000 km. Although the three-phase AC generator 100 and the full-wave rectifier 15 were always in operation during this running test period, their electrical functions were maintained at the same level as in the initial state. As a reason why such excellent durability performance was obtained,
(1) Solder layer 5 inside the semiconductor device 11
The point that outflow due to remelting of 5 ', 5 "was completely suppressed,
(2) Each member in the semiconductor device 11 has solder layers 5, 5 ', 5 "with excellent reliability as shown in FIGS.
The points connected by.

【0200】全波整流装置は本実施例に示した形態のみ
に限定されない。図42は他の形態の全波整流装置を説
明する断面模式図である。図において、半導体装置11
は第1放熱板90と第2放熱板91の貫通孔に外部配線
接続用はんだ層12により固着されている。第1放熱板
90と第2放熱板91の間には、シリコーン樹脂からな
る絶縁シート96が挟まれている。すなわち、複数個の
半導体装置11が互いに対をなす第1放熱板90及び第
2放熱板91上に固着され、各放熱板内では整流方向が
揃えられ、放熱板相互間では整流方向が異なるように取
り付けられている。第1放熱板90と第2放熱板91は
互いに対をなしている。各半導体装置11は、Cuリー
ド7をあらかじめ端子台92に取り付けられた金属端子
95とはんだ材94を介して接合されている。以上の構
造の全波整流装置15は図41に示した全波整流回路を
構成している。この全波整流装置15も車両用三相交流
発電機に取り付けて使用できる。
The full-wave rectifier is not limited to the form shown in this embodiment. FIG. 42 is a schematic sectional view illustrating a full-wave rectifier of another form. In the figure, the semiconductor device 11
Is fixed to the through holes of the first heat radiating plate 90 and the second heat radiating plate 91 by the external wiring connecting solder layer 12. An insulating sheet 96 made of silicone resin is sandwiched between the first heat radiating plate 90 and the second heat radiating plate 91. That is, a plurality of semiconductor devices 11 are fixed on the first heat radiating plate 90 and the second heat radiating plate 91 which are paired with each other, the rectifying directions are aligned in the respective heat radiating plates, and the rectifying directions are different between the heat radiating plates. Is attached to. The first heat dissipation plate 90 and the second heat dissipation plate 91 are paired with each other. In each semiconductor device 11, the Cu lead 7 is joined to the metal terminal 95 previously attached to the terminal block 92 via the solder material 94. The full-wave rectifier 15 having the above structure constitutes the full-wave rectifier circuit shown in FIG. This full-wave rectifier 15 can also be attached to a three-phase AC generator for vehicles and used.

【0201】(実施例20)本実施例では、MCM(Mul
ti Chip Module)型半導体装置11及びこれを外部配線
基板に搭載した構造体15について説明する。
(Embodiment 20) In this embodiment, MCM (Mul
The ti Chip Module) type semiconductor device 11 and the structure 15 in which the semiconductor device 11 is mounted on an external wiring board will be described.

【0202】図43は本実施例の半導体装置およびそれ
を用いた構造体を説明する断面模式図である。半導体装
置11は(a)のように構成されている。ガラスエポキ
シ基板(18.8mm×16.8mm×0.65mm ,4層配
線)1の第1主面1Aには配線パターン(Cu,厚さ:
25μm,厚さ5μmのNiめっき及び厚さ1μmのA
uめっきを順次形成)4が設けられ、この配線パターン
4上には4種類の集積回路素子基体(4.7mm×8.2mm
×0.35mm,3.9mm×4.9mm×0.35mm,4.9mm
×4.7mm×0.35mm,6.0mm×6.0mm×0.35m
m)6からなるチップ部品がはんだ層(ピッチ:0.1mm
)5により導電的に固着されている。はんだ層5はS
n−3.5wt%Ag 合金からなるマトリックス金属5
Aにアルミナ粉末(粒径:0.05 〜15μm)5Bを
分散させた複合体で構成され、アルミナ粉末5Bの添加
量は20vol% に調整されている。集積回路素子基体6
とガラスエポキシ基板1とで構成される空隙(約50μ
m)にはエポキシ樹脂10が充填され、はんだ層5は完
全に外気から遮断されるように封止されている。エポキ
シ樹脂10は、ビスフェノールA,無水物系硬化剤とし
てのメチルヘキサヒドロ無水フタル酸,硬化促進剤とし
てのアミン及び有機酸とから構成される。ここで、第1
主面1Aに設けられた配線パターンの所定部(はんだ層
5の形成領域以外の部分)には、はんだレジスト膜51
が設けられている。また、配線パターン4は外部電極層
3としての役割も兼ね、基板1の第2主面1B側に向け
て外部配線接続用はんだボール(直径:約0.15mm)1
2が形成されている。はんだボール12はSn−3wt
%Ag−0.7wt%Cu からなるマトリックス金属1
2Aにシリカ粉末(粒径:0.05 〜25μm)からな
る非金属粉末12Bが15vol% 添加された複合体で構
成されている。
FIG. 43 is a schematic sectional view for explaining a semiconductor device of this embodiment and a structure using the same. The semiconductor device 11 is configured as shown in (a). On the first main surface 1A of the glass epoxy substrate (18.8 mm × 16.8 mm × 0.65 mm, 4-layer wiring), a wiring pattern (Cu, thickness:
25 μm, 5 μm thick Ni plating and 1 μm thick A
4 is provided on the wiring pattern 4, and four kinds of integrated circuit element substrates (4.7 mm × 8.2 mm) are provided on the wiring pattern 4.
X 0.35mm, 3.9mm x 4.9mm x 0.35mm, 4.9mm
X 4.7mm x 0.35mm, 6.0mm x 6.0mm x 0.35m
m) 6 chip parts are solder layers (pitch: 0.1 mm
) 5 electrically conductively fixed. Solder layer 5 is S
Matrix metal 5 composed of n-3.5 wt% Ag alloy 5
It is composed of a composite in which alumina powder (particle size: 0.05 to 15 μm) 5B is dispersed in A, and the addition amount of alumina powder 5B is adjusted to 20 vol%. Integrated circuit element base 6
And the glass epoxy substrate 1 (about 50μ
m) is filled with epoxy resin 10 and the solder layer 5 is sealed so as to be completely shielded from the outside air. The epoxy resin 10 is composed of bisphenol A, methylhexahydrophthalic anhydride as an anhydride-based curing agent, amine and an organic acid as a curing accelerator. Where the first
The solder resist film 51 is formed on a predetermined portion (a portion other than the formation region of the solder layer 5) of the wiring pattern provided on the main surface 1A.
Is provided. The wiring pattern 4 also serves as the external electrode layer 3, and the solder ball (diameter: about 0.15 mm) 1 for external wiring connection is provided toward the second main surface 1B side of the substrate 1.
2 is formed. Solder ball 12 is Sn-3wt
Matrix metal composed of% Ag-0.7wt% Cu 1
2A is composed of a composite in which 15 vol% of a non-metal powder 12B made of silica powder (particle size: 0.05 to 25 μm) is added.

【0203】以上に説明した半導体装置11によれば、
はんだ層5はSn−3.5wt%Ag合金からなるマトリ
ックス金属5Aにアルミナ粉末(粒径:0.05 〜15
μm)5Bを分散させた複合体で構成されているため、
後述する2次実装はんだ付けにおいて再溶融を生じて
も、マトリックス金属5Aの流出とこれに伴う短絡や断
線を防止することができる。
According to the semiconductor device 11 described above,
The solder layer 5 includes a matrix metal 5A made of Sn-3.5 wt% Ag alloy and alumina powder (particle size: 0.05 to 15).
(μm) 5B is composed of a composite in which
Even if remelting occurs in the secondary mounting soldering described later, it is possible to prevent the matrix metal 5A from flowing out and the resulting short circuit or disconnection.

【0204】次に、上述の半導体装置11を用いた構造
体15は(b)のように構成されている。半導体装置1
1は実施例2と同様の材料からなる配線基板14の外部
配線(Cu,厚さ:25μm)13に、外部配線接続用
はんだボール12により固着されている。この際、はん
だボール12による2次実装はんだ付けは260℃のも
とで実施されている。
Next, the structure 15 using the above-mentioned semiconductor device 11 is constructed as shown in (b). Semiconductor device 1
1 is fixed to the external wiring (Cu, thickness: 25 μm) 13 of the wiring board 14 made of the same material as that of the second embodiment by the solder ball 12 for external wiring connection. At this time, the secondary mounting soldering with the solder balls 12 is performed at 260 ° C.

【0205】本実施例構造体15における半導体装置1
1の不良(短絡または断線による回路機能の消失)発生
率は0.00012% と極めて低い値であった。これは
アルミナ粉末5Bの添加によるはんだ材5の流出防止効
果によるものである。この流出防止効果は、アルミナ粉
末5Bによる再溶融はんだ材5の体積膨張の抑制,流動
性の抑制,目詰まり現象,溶融マトリックス金属5Aと
配線パターン4間の実質的接触面積の低減に基づく。ま
た、本実施例の構造体15の外部配線接続用はんだボー
ル12にはシリカ粉末12Bが添加されているため、構
造体15を熱処理により他の基板に搭載する場合(3次
実装はんだ付け:実施温度250〜270℃)でも、マト
リックス金属12Aの流出とそれに伴う短絡や断線を防
止することができる。
The semiconductor device 1 in the structure 15 of the present embodiment
The failure rate of 1 (disappearance of circuit function due to short circuit or disconnection) was 0.0012%, which was an extremely low value. This is due to the effect of preventing the solder material 5 from flowing out by adding the alumina powder 5B. This outflow preventing effect is based on the suppression of volume expansion, the suppression of fluidity, the clogging phenomenon, and the substantial contact area between the molten matrix metal 5A and the wiring pattern 4 of the remelted solder material 5 due to the alumina powder 5B. Further, since silica powder 12B is added to the external wiring connection solder balls 12 of the structure 15 of the present embodiment, when the structure 15 is mounted on another substrate by heat treatment (3rd mounting soldering: execution Even at a temperature of 250 to 270 ° C., the outflow of the matrix metal 12A and the resulting short circuit or disconnection can be prevented.

【0206】本実施例の構造体12には−30〜125
℃の温度サイクル試験が施された。ここでは、はんだ層
5のクラック破壊に基づく半導体装置11の回路機能消
失に注目した。2000回までの試験では、本実施例の
構造体15は半導体装置11の回路機能消失による不具
合は示さなかった。
In the structure 12 of this embodiment, −30 to 125 is used.
A temperature cycle test of ° C was performed. Here, attention is paid to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11 due to the crack destruction of the solder layer 5. In the test up to 2000 times, the structure 15 of the present embodiment did not show a defect due to the disappearance of the circuit function of the semiconductor device 11.

【0207】以上に説明した半導体装置11や構造体1
5は、最終的に80×40×12.8mmのサイズの3バンド
(AM/FMステレオ/TV)搭載のテレビ機能付き小
型ラジオに搭載された。
The semiconductor device 11 and the structure 1 described above
Finally, No. 5 was installed in a compact radio with TV function equipped with three bands (AM / FM stereo / TV) with a size of 80 × 40 × 12.8 mm.

【0208】(実施例21)図44は本発明の他形態の
パワーモジュール装置を説明する平面及び断面模式図で
ある。この絶縁型半導体装置11は400A級のもので
ある。セラミック絶縁基板122と半導体素子基体6を
支持部材125上に固着した後、エポキシ樹脂ケース1
30,金属細線7,エポキシ樹脂蓋131を設けるとと
もに同ケース内にシリコーンゲル樹脂10を充填した状
態を示す。(a)は平面図、(b)は(a)におけるA
−A′断面、(c)は(a)におけるB−B′断面をそ
れぞれ示す。ここで、支持部材125上のセラミック絶
縁基板122ははんだ(厚さ:200μm)5′により
固着され、セラミック絶縁基板122の銅板4a上には
8個のSiからなるMOS FET素子基体(寸法:7m
m×7mm×0.3mm)6がはんだ層(厚さ:200μm)
5により固着されている。各素子基体6にはAl線(直
径:400μm)7によるワイヤボンディングが施され
ソース電極4b,ドレイン電極4a,エポキシ樹脂ケー
ス130にあらかじめ取り付けられている主端子140
や補助端子141に接続されている。また、セラミック
絶縁基板122上の銅板4c上には、温度検出用サーミ
スタ素子340がはんだ層5(図示を省略)によりろう
付けされ、銅板4cと補助端子141との間を金属細線
7によるワイヤボンディングして、外部へ連絡されてい
る。なお、図面では省略しているけれども、エポキシ樹
脂ケース130と支持部材125の間はシリコーン接着
樹脂を用いて固定されている。エポキシ樹脂蓋131の
肉厚部には凹み225、主端子140には穴140′がそ
れぞれ設けられ、絶縁型半導体装置11を外部回路配線
に連絡するためのネジ(図示を省略)が収納されるよう
になっている。主端子140や補助端子141はあらか
じめ所定形状に打抜き、成形された銅板にNiめっきを
施したものであり、トランスファモールド法によってエ
ポキシ樹脂ケース130に取り付けられている。
(Embodiment 21) FIG. 44 is a plan view and a sectional schematic view for explaining a power module device according to another embodiment of the present invention. This insulating semiconductor device 11 is of the 400 A class. After fixing the ceramic insulating substrate 122 and the semiconductor element substrate 6 on the supporting member 125, the epoxy resin case 1
The figure shows a state in which the metal thin wire 7, the epoxy resin lid 131, and the silicone gel resin 10 are filled in the case. (A) is a plan view, (b) is A in (a)
-A 'cross section, (c) shows the BB' cross section in (a), respectively. Here, the ceramic insulating substrate 122 on the supporting member 125 is fixed by solder (thickness: 200 μm) 5 ′, and on the copper plate 4a of the ceramic insulating substrate 122, eight MOS FET element bases (size: 7 m) are formed.
m × 7mm × 0.3mm) 6 is the solder layer (thickness: 200μm)
It is fixed by 5. Each element substrate 6 is wire-bonded with an Al wire (diameter: 400 μm) 7 and is attached to the source electrode 4b, the drain electrode 4a, and the epoxy resin case 130 in advance.
And the auxiliary terminal 141. Further, the temperature detecting thermistor element 340 is brazed by the solder layer 5 (not shown) on the copper plate 4c on the ceramic insulating substrate 122, and the metal plate 7 is used for wire bonding between the copper plate 4c and the auxiliary terminal 141. Then, it is contacted to the outside. Although not shown in the drawing, a silicone adhesive resin is used to fix the epoxy resin case 130 and the supporting member 125. The epoxy resin lid 131 is provided with a recess 225 in its thick portion and the main terminal 140 is provided with a hole 140 ', and a screw (not shown) for connecting the insulated semiconductor device 11 to an external circuit wiring is housed therein. It is like this. The main terminal 140 and the auxiliary terminal 141 are punched into a predetermined shape in advance and are formed by plating a copper plate with Ni plating, and are attached to the epoxy resin case 130 by a transfer molding method.

【0209】ここで、はんだ層5,5′はマトリックス
金属5AとしてのSn−5wt%Sb合金にアルミナ粉
末(粒径:2〜7μm)5Bが10vol% 添加されてい
る。
Here, in the solder layers 5 and 5 ', 10 vol% of alumina powder (particle size: 2 to 7 μm) 5B is added to Sn-5 wt% Sb alloy as the matrix metal 5A.

【0210】支持部材125はAl−SiC複合金属部
材からなり、熱膨張率:8.0ppm/℃,熱伝導率:17
0W/m・Kなる物性を有している。支持部材125の
母材は、Alマトリックス125A中にSiC粒子12
5Bを分散した複合体であり、表面にNiめっき層(厚
さ:5μm)が形成されている。支持部材125の寸法
は74.0mm×42.4mm×3mmであり、その周縁部に取
り付け穴(直径:5.6mm)125Eが設けられている。
The supporting member 125 is made of an Al-SiC composite metal member, and has a coefficient of thermal expansion of 8.0 ppm / ° C and a coefficient of thermal conductivity of 17
It has a physical property of 0 W / m · K. The base material of the support member 125 is composed of the SiC particles 12 in the Al matrix 125A.
This is a composite in which 5B is dispersed, and a Ni plating layer (thickness: 5 μm) is formed on the surface. The support member 125 has a size of 74.0 mm × 42.4 mm × 3 mm, and a mounting hole (diameter: 5.6 mm) 125E is provided in the peripheral portion thereof.

【0211】セラミック絶縁基板122は、寸法50mm
×30mm×0.63mm を有するAlN焼結体(熱膨張率:
4.3ppm/℃,熱伝導率:160W/m・K)420の
両面に、厚さ300μmの銅板4a(ドレイン電極を兼
ねる),4b(ソース電極を兼ねる),4c(サーミス
タ搭載用)と、厚さ250μmの銅板4dを、活性金属
としてのTiを2wt%添加したAg−28wt%Cu
ろう(図示を省略、厚さ:20μm)によりそれぞれ接
合したものである。これらの表面には、無電解めっきに
より厚さ5μmのNi層が形成されている。AlN焼結
体420の代替物として窒化珪素焼結体(熱膨張率:
3.1ppm/℃,熱伝導率:120w/m・K)を用いる
ことができる。
The ceramic insulating substrate 122 has a size of 50 mm.
AlN sintered body having a size of × 30 mm × 0.63 mm (coefficient of thermal expansion:
Copper plates 4a (also serving as drain electrodes), 4b (also serving as source electrodes), 4c (for mounting the thermistor) having a thickness of 300 μm are provided on both surfaces of 420 ppm of 4.3 ppm / ° C, thermal conductivity: 160 W / mK. Ag-28 wt% Cu in which 2 wt% of Ti as an active metal is added to a copper plate 4d having a thickness of 250 μm
They are joined by brazing (not shown, thickness: 20 μm). On these surfaces, a Ni layer having a thickness of 5 μm is formed by electroless plating. As a substitute for the AlN sintered body 420, a silicon nitride sintered body (coefficient of thermal expansion:
3.1 ppm / ° C., thermal conductivity: 120 w / m · K) can be used.

【0212】以上の構成によれば、半導体装置11の稼
働時において半導体素子基体6が過熱し、はんだ層5あ
るいは5′が再溶融した場合でも、はんだ層5あるいは
5′の流出,半導体素子基体6,サーミスタ素子340
の位置ずれ等の不具合を生ずるのを防止できる。このこ
とにより、半導体装置11の所定性能を維持できる。
According to the above structure, even when the semiconductor element substrate 6 is overheated during operation of the semiconductor device 11 and the solder layer 5 or 5'is remelted, the solder layer 5 or 5'outflows, the semiconductor element substrate is discharged. 6, thermistor element 340
It is possible to prevent the occurrence of problems such as the positional deviation of the. As a result, the predetermined performance of the semiconductor device 11 can be maintained.

【0213】[0213]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれば
チップ部品を配線部材にはんだ材により搭載し、はんだ
付け部を樹脂封止してなる半導体装置を、外部配線部材
に2次実装する際のはんだ材の流出やこれによる短絡,
断線,チップ部品の位置ずれを防止できる半導体装置、
この半導体装置を用いた構造体、及びこれらを用いた電
子装置を提供できる。
As described above, according to the present invention, the semiconductor device in which the chip component is mounted on the wiring member by the solder material and the soldered portion is resin-sealed is secondarily mounted on the external wiring member. Outflow of solder material and short circuit due to this
Semiconductor device that can prevent disconnection and misalignment of chip parts,
A structure using this semiconductor device and an electronic device using these can be provided.

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

【図1】本発明半導体装置の断面模式図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a semiconductor device of the present invention.

【図2】本発明半導体装置に適用されているはんだ層の
断面模式図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a solder layer applied to the semiconductor device of the present invention.

【図3】はんだ層がマトリックス金属のみで構成される
際の問題点を説明する断面模式図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view illustrating a problem when the solder layer is composed of only a matrix metal.

【図4】Sn−10wt%Sbはんだ材にAuが融合し
た場合の融点低下を説明するグラフである。
FIG. 4 is a graph illustrating a melting point decrease when Au is fused with Sn-10 wt% Sb solder material.

【図5】Pb−12wt%Sn−8wt%Sb−1wt
%Agはんだ材にSnが融合した場合の融点低下を説明
するグラフである。
FIG. 5: Pb-12 wt% Sn-8 wt% Sb-1 wt
It is a graph explaining melting | fusing point fall when Sn fuses to% Ag solder material.

【図6】本発明構造体の断面模式図である。FIG. 6 is a schematic sectional view of the structure of the present invention.

【図7】2次実装後の短絡不良率に及ぼすアルミナ粉末
粒径の影響を説明するグラフである。
FIG. 7 is a graph illustrating the effect of alumina powder particle size on the short-circuit failure rate after secondary mounting.

【図8】2次実装後の短絡不良率に及ぼすアルミナ粉末
添加量の影響を説明するグラフである。
FIG. 8 is a graph illustrating the effect of the amount of alumina powder added on the short-circuit failure rate after secondary mounting.

【図9】本発明構造体の断線不良率に及ぼすアルミナ粉
末添加量の影響を説明するグラフである。
FIG. 9 is a graph illustrating the influence of the amount of alumina powder added on the disconnection failure rate of the structure of the present invention.

【図10】本発明電子装置の一例であるリチウムイオン
二次電池の断面模式図である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a lithium ion secondary battery which is an example of the electronic device of the present invention.

【図11】電子装置の一例であるリチウムイオン二次電
池に組み込まれた半導体装置の回路ブロック図である。
FIG. 11 is a circuit block diagram of a semiconductor device incorporated in a lithium ion secondary battery which is an example of an electronic device.

【図12】一実施例半導体装置に適用する多層ガラスセ
ラミックス基板を説明する図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a multilayer glass ceramic substrate applied to a semiconductor device according to an embodiment.

【図13】一半導体装置の製作工程を示す断面図であ
る。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of one semiconductor device.

【図14】高温高湿雰囲気にさらした半導体装置を適用
して得た構造体の短絡不良率を説明するグラフである。
FIG. 14 is a graph illustrating a short circuit failure rate of a structure obtained by applying a semiconductor device exposed to a high temperature and high humidity atmosphere.

【図15】一実施例の半導体装置としての電力乗算回路
装置の回路ブロック図である。
FIG. 15 is a circuit block diagram of a power multiplication circuit device as a semiconductor device of one embodiment.

【図16】磁界発生部の構成図である。FIG. 16 is a configuration diagram of a magnetic field generation unit.

【図17】他実施例半導体装置としての高周波パワーモ
ジュールを説明する断面模式図である。
FIG. 17 is a schematic sectional view illustrating a high frequency power module as a semiconductor device according to another embodiment.

【図18】他実施例半導体装置を説明する回路図であ
る。
FIG. 18 is a circuit diagram illustrating a semiconductor device according to another embodiment.

【図19】携帯電話用構造体を説明する断面模式図であ
る。
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view illustrating a structure for a mobile phone.

【図20】他実施例構造体を適用した携帯電話の回路ブ
ロック図である。
FIG. 20 is a circuit block diagram of a mobile phone to which the structure of another embodiment is applied.

【図21】他実施例構造体の断線不良率及び熱抵抗増大
不良率を説明するグラフである。
FIG. 21 is a graph for explaining the disconnection defect rate and the thermal resistance increase defect rate of the structures of other examples.

【図22】他実施例半導体装置としての高周波パワーモ
ジュールを説明する断面模式図である。
FIG. 22 is a schematic sectional view illustrating a high frequency power module as a semiconductor device according to another embodiment.

【図23】携帯電話用構造体を説明する断面模式図であ
る。
FIG. 23 is a schematic sectional view illustrating a structure for a mobile phone.

【図24】他実施例半導体装置を説明する断面模式図で
ある。
FIG. 24 is a schematic sectional view illustrating a semiconductor device according to another embodiment.

【図25】他実施例構造体を説明する断面模式図であ
る。
FIG. 25 is a schematic sectional view illustrating a structure of another example.

【図26】他実施例半導体装置及びそれを用いた構造体
を説明する断面模式図である。
FIG. 26 is a schematic sectional view illustrating a semiconductor device according to another example and a structure using the same.

【図27】他の形態のCSP型半導体装置を説明する断
面模式図である。
FIG. 27 is a schematic sectional view illustrating a CSP type semiconductor device according to another embodiment.

【図28】他実施例半導体装置及びそれを用いた構造体
を説明する断面模式図である。
FIG. 28 is a schematic sectional view illustrating a semiconductor device according to another embodiment and a structure using the same.

【図29】他実施例半導体装置及びそれを用いた構造体
を説明する断面模式図である。
FIG. 29 is a schematic sectional view illustrating another example semiconductor device and a structure using the same.

【図30】他実施例半導体装置及びそれを用いた構造体
を説明する断面模式図である。
FIG. 30 is a schematic sectional view illustrating a semiconductor device according to another embodiment and a structure using the same.

【図31】他実施例構造体の変形例を説明する断面模式
図である。
FIG. 31 is a schematic sectional view illustrating a modified example of the structure of another embodiment.

【図32】他実施例半導体装置及びそれを用いた構造体
を説明する断面模式図である。
FIG. 32 is a schematic sectional view illustrating a semiconductor device according to another example and a structure using the same.

【図33】他の形態のCOC型半導体装置を説明する断
面模式図である。
FIG. 33 is a schematic sectional view illustrating a COC semiconductor device of another form.

【図34】他実施例半導体装置及びそれを用いた構造体
を説明する断面模式図である。
FIG. 34 is a schematic sectional view illustrating a semiconductor device according to another example and a structure using the same.

【図35】他実施例半導体装置の回路を説明する図であ
る。
FIG. 35 is a diagram illustrating a circuit of a semiconductor device according to another embodiment.

【図36】他実施例構造体の出力電流と変換効率の関係
を説明するグラフである。
FIG. 36 is a graph illustrating the relationship between the output current and the conversion efficiency of the structure of another example.

【図37】他実施例半導体装置を説明する断面模式図で
ある。
FIG. 37 is a schematic sectional view illustrating a semiconductor device according to another embodiment.

【図38】他実施例半導体装置の温度サイクル試験にお
ける熱抵抗の推移を説明するグラフである。
FIG. 38 is a graph illustrating the transition of thermal resistance in a temperature cycle test of another example semiconductor device.

【図39】他実施例半導体装置のパワーサイクル試験に
おける熱抵抗の推移を説明するグラフである。
FIG. 39 is a graph illustrating a transition of thermal resistance in a power cycle test of another example semiconductor device.

【図40】全波整流装置を説明する平面図及び断面図で
ある。
FIG. 40 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a full-wave rectifier.

【図41】他実施例構造体の全波整流回路を説明する回
路図である。
FIG. 41 is a circuit diagram illustrating a full-wave rectifier circuit of another embodiment structure.

【図42】他の形態の全波整流装置を説明する断面模式
図である。
FIG. 42 is a schematic sectional view illustrating a full-wave rectifier of another form.

【図43】他実施例半導体装置及びそれを用いた構造体
を説明する断面模式図である。
FIG. 43 is a schematic sectional view illustrating a semiconductor device according to another example and a structure using the same.

【図44】他形態のパワーモジュール装置を説明する平
面及び断面模式図である。
FIG. 44 is a schematic plan view and a cross-sectional view illustrating a power module device according to another embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…多層セラミックス基板,ポリイミド基板,Si基
板,Cu容器、1A…第1主面、1B…第2主面、1C
…ガラスセラミックス材、1D…側面、2…内層配線
層、2A…スルーホール配線、3…外部電極層、4…配
線パターン、5,5′,5″…はんだ層,はんだ材、5
A…マトリックス金属、5B…非金属粉末、5a…溶融
はんだ材、6…半導体素子基体、6A,6′…集積回路
素子基体,PWM制御集積回路基体、6B…FET素子
基体、6C…整流ダイオード、7…金属細線,TAB配
線,Cuリード、8…チップ抵抗、9…コンデンサ、1
0…樹脂層、11…半導体装置、12…外部配線接続
層,はんだボール、13…外部配線、14…配線基板、
15…構造体、16…ブレークライン、18A,18
B,18C,18D…ペースト、19…熱膨張緩和部
材、20…金属ケース、21…金属蓋、22…絶縁層、
23…正電極、24…安全弁、25…フレキシブルプリ
ント基板、26,34,38…孔、27,28…絶縁
板、29…熱収縮チューブ、30,31,32…接続
部、33…端子、35…正極外部端子、36…負極外部
端子、37…接地端子、40…ブラインド型ビア、41
…サーマルビア、42…貫通型ビア、43…キャビテ
イ、44…金属製キャップ、50…台座、51…はんだ
レジスト膜、52…アンテナ共用器、55…Ni板、5
6…Auバンプ、61…過放電防止用FET素子、62
…過電圧防止用FET素子、63…第1グリーンシー
ト、64…第2グリーンシート、70…ホール効果素
子、71,72…抵抗器、73,74…入力端子、75
…電圧変換回路、76…電圧−電流変換回路、77…制
御電流端子、78…可動端子、79,80…電圧出力端
子、81…可変抵抗器、82,83…出力端子、84…
コア、85…電流コイル、86…磁界ギャップ、90,
91…放熱板、92…端子台、93…取り付け部材、9
4…はんだ材、95…Cu端子、96…絶縁シート、1
00…電子装置(二次電池)、101…エポキシ樹脂、
105…電極、110…薄膜インダクタ、122…セラ
ミック絶縁基板、125…支持部材、130…エポキシ
樹脂ケース、131…エポキシ樹脂蓋、140…主端
子、140′…穴、141…補助端子、225…凹み、
340…温度検出用サーミスタ素子、605…積層金属
層。
1 ... Multilayer ceramic substrate, polyimide substrate, Si substrate, Cu container, 1A ... 1st main surface, 1B ... 2nd main surface, 1C
... Glass-ceramic material, 1D ... Side surface, 2 ... Inner layer wiring layer, 2A ... Through hole wiring, 3 ... External electrode layer, 4 ... Wiring pattern, 5, 5 ', 5 "... Solder layer, Solder material, 5
A ... Matrix metal, 5B ... Non-metal powder, 5a ... Molten solder material, 6 ... Semiconductor element substrate, 6A, 6 '... Integrated circuit element substrate, PWM control integrated circuit substrate, 6B ... FET element substrate, 6C ... Rectifying diode, 7 ... Metal fine wire, TAB wiring, Cu lead, 8 ... Chip resistance, 9 ... Capacitor, 1
0 ... Resin layer, 11 ... Semiconductor device, 12 ... External wiring connection layer, solder ball, 13 ... External wiring, 14 ... Wiring board,
15 ... Structure, 16 ... Break line, 18A, 18
B, 18C, 18D ... Paste, 19 ... Thermal expansion relaxation member, 20 ... Metal case, 21 ... Metal lid, 22 ... Insulating layer,
23 ... Positive electrode, 24 ... Safety valve, 25 ... Flexible printed circuit board, 26, 34, 38 ... Hole, 27, 28 ... Insulation plate, 29 ... Heat shrink tube, 30, 31, 32 ... Connection part, 33 ... Terminal, 35 ... Positive electrode external terminal, 36 ... Negative electrode external terminal, 37 ... Ground terminal, 40 ... Blind type via, 41
... Thermal via, 42 ... Through via, 43 ... Cavity, 44 ... Metal cap, 50 ... Pedestal, 51 ... Solder resist film, 52 ... Antenna duplexer, 55 ... Ni plate, 5
6 ... Au bump, 61 ... FET element for over-discharge prevention, 62
... FET element for overvoltage prevention, 63 ... First green sheet, 64 ... Second green sheet, 70 ... Hall effect element, 71, 72 ... Resistors, 73, 74 ... Input terminal, 75
... voltage conversion circuit, 76 ... voltage-current conversion circuit, 77 ... control current terminal, 78 ... movable terminal, 79, 80 ... voltage output terminal, 81 ... variable resistor, 82, 83 ... output terminal, 84 ...
Core, 85 ... current coil, 86 ... magnetic field gap, 90,
91 ... Heat sink, 92 ... Terminal block, 93 ... Mounting member, 9
4 ... Solder material, 95 ... Cu terminal, 96 ... Insulation sheet, 1
00 ... Electronic device (secondary battery), 101 ... Epoxy resin,
105 ... Electrode, 110 ... Thin film inductor, 122 ... Ceramic insulating substrate, 125 ... Support member, 130 ... Epoxy resin case, 131 ... Epoxy resin lid, 140 ... Main terminal, 140 '... Hole, 141 ... Auxiliary terminal, 225 ... Recess ,
340 ... Thermistor element for temperature detection, 605 ... Laminated metal layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗原 保敏 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 児玉 弘則 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 遠藤 恒雄 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者 櫻井 洋介 埼玉県入間郡毛呂山町旭台15番地 日立東 部セミコンダクタ株式会社内 (72)発明者 中嶋 浩一 埼玉県入間郡毛呂山町旭台15番地 日立東 部セミコンダクタ株式会社内 (72)発明者 根岸 幹夫 埼玉県入間郡毛呂山町旭台15番地 日立東 部セミコンダクタ株式会社内 Fターム(参考) 5F044 KK02 LL01    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Yasutoshi Kurihara             7-1-1, Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Prefecture             Inside the Hitachi Research Laboratory, Hitachi Ltd. (72) Inventor Hironori Kodama             7-1-1, Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Prefecture             Inside the Hitachi Research Laboratory, Hitachi Ltd. (72) Inventor Tsuneo Endo             5-20-1 Kamimizuhonmachi, Kodaira-shi, Tokyo Stock             Ceremony Company within Hitachi Semiconductor Group (72) Inventor Yosuke Sakurai             15 Asahidai, Moroyama-cho, Iruma-gun, Saitama Prefecture Hitachi Higashi             Department Semiconductor Co., Ltd. (72) Inventor Koichi Nakajima             15 Asahidai, Moroyama-cho, Iruma-gun, Saitama Prefecture Hitachi Higashi             Department Semiconductor Co., Ltd. (72) Inventor Mikio Negishi             15 Asahidai, Moroyama-cho, Iruma-gun, Saitama Prefecture Hitachi Higashi             Department Semiconductor Co., Ltd. F-term (reference) 5F044 KK02 LL01

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】チップ部品と配線部材とを固着したはんだ
層が樹脂層で封止され、前記はんだ層がマトリックス金
属に非金属粉末を分散させた複合体で構成されたことを
特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor characterized in that a solder layer in which a chip component and a wiring member are fixed to each other is sealed with a resin layer, and the solder layer is composed of a composite in which a nonmetal powder is dispersed in a matrix metal. apparatus.
【請求項2】請求項1において、前記非金属粉末が前記
マトリックス金属の融点よりも高い融点を有することを
特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the non-metal powder has a melting point higher than a melting point of the matrix metal.
【請求項3】請求項1または2において、前記はんだ層
におけるマトリックス金属がSnを主成分とする金属又
はSn,Sb,Zn,Cu,Ni,Au,Ag,P,B
i,In,Mn,Mg,Si,Ge,Ti,Zr,V,
Hf,Pdの群から選択された2種以上からなる合金で
あり、 前記非金属粉末が、酸化物,窒化物,ホウ化物,炭化
物,硫化物,リン化物,ケイ化物,フッ化物,シリコン
単体,ゲルマニウム単体,炭素単体,ホウ素単体の群か
ら選択された少なくとも1種を含む物質からなることを
特徴とする半導体装置。
3. The metal according to claim 1, wherein the matrix metal in the solder layer is a metal containing Sn as a main component or Sn, Sb, Zn, Cu, Ni, Au, Ag, P, B.
i, In, Mn, Mg, Si, Ge, Ti, Zr, V,
It is an alloy consisting of two or more kinds selected from the group of Hf and Pd, and the non-metal powder is an oxide, a nitride, a boride, a carbide, a sulfide, a phosphide, a silicide, a fluoride, a simple substance of silicon, A semiconductor device comprising a substance containing at least one selected from the group consisting of germanium simple substance, carbon simple substance, and boron simple substance.
【請求項4】請求項1〜3のいずれかにおいて、はんだ
層の密度ρ1と非金属粉末の密度ρ2の関係が、ρ1≧
ρ2であることを特徴とする半導体装置。
4. The relationship between the density ρ1 of the solder layer and the density ρ2 of the non-metal powder is ρ1 ≧.
A semiconductor device characterized by being ρ2.
【請求項5】請求項1〜4のいずれかにおいて、前記マ
トリックス金属中に粒径0.05 〜60μmの前記非金
属粉末を3〜75vol% 添加したことを特徴とする半導
体装置。
5. A semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the non-metal powder having a particle size of 0.05 to 60 μm is added to the matrix metal in an amount of 3 to 75 vol%.
【請求項6】請求項1〜5のいずれかにおいて、前記樹
脂層がヤング率90Pa〜50GPa又は熱膨張率5〜9
600ppm/℃ を有することを特徴とする半導体装置。
6. The resin layer according to claim 1, wherein the resin layer has a Young's modulus of 90 Pa to 50 GPa or a thermal expansion coefficient of 5 to 9
A semiconductor device having 600 ppm / ° C.
【請求項7】請求項1〜6のいずれかにおいて、前記樹
脂層がエポキシ樹脂,シリコーン樹脂,ポリブチレンテ
レフタレート樹脂,ポリフェニレンサルファイド樹脂,
ポリエチレンテレフタレート樹脂,シリコーンゲル樹
脂,シリコーンゴム樹脂,ポリウレタン樹脂,フェノー
ル樹脂の群から選択された少なくとも1種からなること
を特徴とする半導体装置。
7. The resin layer according to claim 1, wherein the resin layer is an epoxy resin, a silicone resin, a polybutylene terephthalate resin, a polyphenylene sulfide resin,
A semiconductor device comprising at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate resin, silicone gel resin, silicone rubber resin, polyurethane resin, and phenol resin.
【請求項8】請求項1〜7のいずれかにおいて、前記配
線部材として、セラミックス,樹脂又は半導体からなる
母材に金属配線を設けた配線部材、又は金属を母材とす
る配線部材を用いたことを特徴とする半導体装置。
8. The wiring member according to claim 1, wherein the wiring member is a wiring member in which a metal wiring is provided on a base material made of ceramics, resin or semiconductor, or a wiring member using a metal as a base material. A semiconductor device characterized by the above.
【請求項9】請求項1〜7のいずれかにおいて、前記配
線部材が、ガラスセラミックス,アルミナ,窒化アルミ
ニウム,窒化珪素,ガラス,ベリリヤの群から選択され
た1種のセラミックス、又はガラス布,ガラス不織布,
紙の群から選択された1種の基材にエポキシ樹脂,フェ
ノール樹脂,ポリイミド樹脂,ビスマレイド樹脂,トリ
アジン樹脂の群から選択された1種の樹脂材を含浸させ
た複合樹脂、又はポリエステル,ポリイミド,ポリイミ
ドアミドの群から選択されたフィルム状樹脂を母材と
し、これに金属配線を形成したことを特徴とする半導体
装置。
9. The wiring member according to claim 1, wherein the wiring member is one kind of ceramic selected from the group consisting of glass ceramics, alumina, aluminum nitride, silicon nitride, glass and beryllia, or glass cloth or glass. Non-woven fabric,
Composite resin obtained by impregnating one kind of base material selected from the group of paper with one kind of resin material selected from the group of epoxy resin, phenol resin, polyimide resin, bismaleide resin and triazine resin, or polyester, polyimide, A semiconductor device characterized in that a film-shaped resin selected from the group of polyimide amides is used as a base material and metal wiring is formed on the base material.
【請求項10】請求項1〜7のいずれかにおいて、前記
配線部材がCu,Fe,Ni,Co,Alを主成分とし
て含む金属又は合金からなることを特徴とする半導体装
置。
10. The semiconductor device according to claim 1, wherein the wiring member is made of a metal or an alloy containing Cu, Fe, Ni, Co and Al as main components.
【請求項11】請求項10において、前記配線部材がリ
ードフレーム状に成形されたことを特徴とする半導体装
置。
11. The semiconductor device according to claim 10, wherein the wiring member is formed in a lead frame shape.
【請求項12】請求項1〜11のいずれかに記載した半
導体装置が、接続層を介して外部配線部材に固着された
ことを特徴とする構造体。
12. A structure, wherein the semiconductor device according to claim 1 is fixed to an external wiring member via a connection layer.
【請求項13】請求項12において、前記接続層の融点
が、前記半導体装置におけるはんだ層の融点よりも高い
ことを特徴とする構造体。
13. The structure according to claim 12, wherein the melting point of the connection layer is higher than the melting point of the solder layer in the semiconductor device.
【請求項14】請求項13において、前記接続層の材料
がPbフリーはんだ材であることを特徴とする構造体。
14. The structure according to claim 13, wherein the material of the connection layer is a Pb-free solder material.
【請求項15】請求項12において、前記接続層がマト
リックス金属に非金属粉末を分散させた複合体で構成さ
れたことを特徴とする構造体。
15. The structure according to claim 12, wherein the connection layer is composed of a composite material in which a nonmetal powder is dispersed in a matrix metal.
【請求項16】請求項12において、前記外部配線部材
が前記母材金属配線を設けた配線部材の母材より耐熱性
に優れることを特徴とする構造体。
16. The structure according to claim 12, wherein the external wiring member is superior in heat resistance to the base material of the wiring member provided with the base metal wiring.
【請求項17】チップ部品と配線部材を固着したはんだ
層が封止樹脂で封止され、前記はんだ層がマトリックス
金属に非金属粉末を分散させた複合材で構成された半導
体装置が組み込まれたことを特徴とする電子装置。
17. A semiconductor device in which a solder layer in which a chip component and a wiring member are fixed is sealed with a sealing resin, and the solder layer is composed of a composite material in which a nonmetal powder is dispersed in a matrix metal. An electronic device characterized by the above.
【請求項18】チップ部品と配線部材を固着したはんだ
層が封止樹脂で封止され、前記はんだ層がマトリックス
金属に非金属粉末を分散させた複合材で構成された半導
体装置を、接続層を介して外部配線部材に固着した構造
体が組み込まれたことを特徴とする電子装置。
18. A semiconductor device comprising: a solder layer in which a chip component and a wiring member are fixedly sealed with a sealing resin; and the solder layer made of a composite material in which a nonmetal powder is dispersed in a matrix metal. An electronic device in which a structure fixed to an external wiring member is incorporated via the.
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Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1760783A2 (en) * 2005-08-31 2007-03-07 Hitachi, Ltd. Semiconductor device and automotive ac generator
JP2007294927A (en) * 2006-03-30 2007-11-08 Kyocera Corp Wiring board and mounting structure body, and manufacturing method of the wiring board
JP2008109073A (en) * 2006-03-30 2008-05-08 Kyocera Corp Wiring board, and mounting structure
JP2009135479A (en) * 2007-11-01 2009-06-18 Panasonic Corp Mounted structure
WO2009122912A1 (en) * 2008-03-31 2009-10-08 三洋電機株式会社 Solder structure, method for forming solder structure, semiconductor module comprising solder structure, and portable device
JP2010525504A (en) * 2007-04-03 2010-07-22 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Optical output device
JP2012191062A (en) * 2011-03-11 2012-10-04 Toshiba Corp Semiconductor device
JP2013080818A (en) * 2011-10-04 2013-05-02 Fujitsu Ltd Joining material, semiconductor device, and manufacturing method of the same
JP2013098574A (en) * 2011-11-02 2013-05-20 Schlumberger Holdings Ltd Multi-chip module for down-hole device
US8446734B2 (en) 2006-03-30 2013-05-21 Kyocera Corporation Circuit board and mounting structure
KR101664022B1 (en) * 2015-08-03 2016-10-24 앰코 테크놀로지 코리아 주식회사 Semiconductor package and method for manufacturing the same
JP2017088828A (en) * 2015-11-17 2017-05-25 住友ベークライト株式会社 Semiconductor sealing resin composition, semiconductor device and structure
CN109216286A (en) * 2017-06-30 2019-01-15 富士电机株式会社 Semiconductor device
JP6462192B1 (en) * 2018-04-10 2019-01-30 新電元工業株式会社 Power converter and method for manufacturing power converter
CN110416134A (en) * 2019-09-02 2019-11-05 星科金朋半导体(江阴)有限公司 A kind of the warpage preventing jig and its application method of substrate
CN111490743A (en) * 2020-05-22 2020-08-04 北京超材信息科技有限公司 Terminal SAW filter manufacturing method
CN112126870A (en) * 2020-10-20 2020-12-25 芜湖禾田汽车工业有限公司 Forming and preparing integrated technology of high-strength high-toughness cast aluminum alloy material
US11285569B2 (en) 2003-04-25 2022-03-29 Henkel Ag & Co. Kgaa Soldering material based on Sn Ag and Cu

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11285569B2 (en) 2003-04-25 2022-03-29 Henkel Ag & Co. Kgaa Soldering material based on Sn Ag and Cu
EP2234155A3 (en) * 2005-08-31 2010-12-08 Hitachi Ltd. Method of fabricating a semiconductor device
EP1760783B1 (en) * 2005-08-31 2016-06-22 Hitachi Power Semiconductor Device, Ltd. Semiconductor device
EP1760783A2 (en) * 2005-08-31 2007-03-07 Hitachi, Ltd. Semiconductor device and automotive ac generator
US8446734B2 (en) 2006-03-30 2013-05-21 Kyocera Corporation Circuit board and mounting structure
JP2007294927A (en) * 2006-03-30 2007-11-08 Kyocera Corp Wiring board and mounting structure body, and manufacturing method of the wiring board
JP2008109073A (en) * 2006-03-30 2008-05-08 Kyocera Corp Wiring board, and mounting structure
JP2010525504A (en) * 2007-04-03 2010-07-22 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Optical output device
JP2009135479A (en) * 2007-11-01 2009-06-18 Panasonic Corp Mounted structure
WO2009122912A1 (en) * 2008-03-31 2009-10-08 三洋電機株式会社 Solder structure, method for forming solder structure, semiconductor module comprising solder structure, and portable device
US8344522B2 (en) 2008-03-31 2013-01-01 Sanyo Electric Co., Ltd. Solder structure, method for forming the solder structure, and semiconductor module including the solder structure
US8710653B2 (en) 2011-03-11 2014-04-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Chip on chip semiconductor device including an underfill layer having a resin containing an amine-based curing agent
JP2012191062A (en) * 2011-03-11 2012-10-04 Toshiba Corp Semiconductor device
JP2013080818A (en) * 2011-10-04 2013-05-02 Fujitsu Ltd Joining material, semiconductor device, and manufacturing method of the same
JP2013098574A (en) * 2011-11-02 2013-05-20 Schlumberger Holdings Ltd Multi-chip module for down-hole device
KR101664022B1 (en) * 2015-08-03 2016-10-24 앰코 테크놀로지 코리아 주식회사 Semiconductor package and method for manufacturing the same
JP2017088828A (en) * 2015-11-17 2017-05-25 住友ベークライト株式会社 Semiconductor sealing resin composition, semiconductor device and structure
CN109216286A (en) * 2017-06-30 2019-01-15 富士电机株式会社 Semiconductor device
JP2019012779A (en) * 2017-06-30 2019-01-24 富士電機株式会社 Semiconductor device
CN109216286B (en) * 2017-06-30 2023-09-19 富士电机株式会社 Semiconductor device with a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips
JP6462192B1 (en) * 2018-04-10 2019-01-30 新電元工業株式会社 Power converter and method for manufacturing power converter
CN110416134A (en) * 2019-09-02 2019-11-05 星科金朋半导体(江阴)有限公司 A kind of the warpage preventing jig and its application method of substrate
CN111490743A (en) * 2020-05-22 2020-08-04 北京超材信息科技有限公司 Terminal SAW filter manufacturing method
CN111490743B (en) * 2020-05-22 2023-06-06 北京超材信息科技有限公司 Terminal SAW filter manufacturing method
CN112126870A (en) * 2020-10-20 2020-12-25 芜湖禾田汽车工业有限公司 Forming and preparing integrated technology of high-strength high-toughness cast aluminum alloy material

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