JP2796168B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体装置に関し、 キャップに形成されたメタライズ層とパッケージに形
成されたシールパターンとの接着層となるロー材の封止
気密性を向上させることができ、チップを高密度化し、
かつ長期に渡って信頼性良く実装することができる半導
体装置を提供することを目的とし、 チップがフェースダウンでパッケージに接続され、該
パッケージに形成されたシールパターンとキャップに形
成されたメタライズ層とがAu−Snロー材により接着さ
れ、該チップ背面に形成されたメタライズ層及び該キャ
ップに形成されたメタライズ層と放熱板に形成されたメ
タライズ層とがPb−Snロー材により接着されている。
成されたシールパターンとの接着層となるロー材の封止
気密性を向上させることができ、チップを高密度化し、
かつ長期に渡って信頼性良く実装することができる半導
体装置を提供することを目的とし、 チップがフェースダウンでパッケージに接続され、該
パッケージに形成されたシールパターンとキャップに形
成されたメタライズ層とがAu−Snロー材により接着さ
れ、該チップ背面に形成されたメタライズ層及び該キャ
ップに形成されたメタライズ層と放熱板に形成されたメ
タライズ層とがPb−Snロー材により接着されている。
本発明は、半導体装置に係り、特に半導体装置を構成
するパッケージ上のシールパターンとキャップ間のロー
材の封止気密性を向上させることができる半導体装置に
関する。
するパッケージ上のシールパターンとキャップ間のロー
材の封止気密性を向上させることができる半導体装置に
関する。
近年、パッケージにTAB(Tape Automated Bonding)
によりLSIチップがフェースダウンで接続され、この接
続されたLSIチップをキャップ及び放熱板で封止される
のが共にPb−Snロー材により行われている半導体装置が
注目されている。そして、近年の装置微細化の要求に伴
ない、装置横(幅)方向を小さくしたいという要求があ
り、また、できるだけ大きなLSIチップを封止する装置
の高密度化を図りたいという要求がある。このような場
合、キャップに形成されたメタライズ層とパッケージに
形成されたシールパターンとを接着するPb−Snロー材で
は充分な封止気密性が得難いという問題があった。そし
て、封止気密性が充分でないと、LSIチップが空気中のH
2O、O2等の侵入により触食されてLSIチップに悪影響を
与えてしまい信頼性が低下するという問題があった。
によりLSIチップがフェースダウンで接続され、この接
続されたLSIチップをキャップ及び放熱板で封止される
のが共にPb−Snロー材により行われている半導体装置が
注目されている。そして、近年の装置微細化の要求に伴
ない、装置横(幅)方向を小さくしたいという要求があ
り、また、できるだけ大きなLSIチップを封止する装置
の高密度化を図りたいという要求がある。このような場
合、キャップに形成されたメタライズ層とパッケージに
形成されたシールパターンとを接着するPb−Snロー材で
は充分な封止気密性が得難いという問題があった。そし
て、封止気密性が充分でないと、LSIチップが空気中のH
2O、O2等の侵入により触食されてLSIチップに悪影響を
与えてしまい信頼性が低下するという問題があった。
このため、キャップに形成されたメタライズ層とパッ
ケージ形成されたシールパターンとを接着するロー材の
封止気密性を向上させることができ、チップを高密度化
し、かつ長期に渡って信頼性よく実装することができる
半導体装置が要求されている。
ケージ形成されたシールパターンとを接着するロー材の
封止気密性を向上させることができ、チップを高密度化
し、かつ長期に渡って信頼性よく実装することができる
半導体装置が要求されている。
第3図は従来の半導体装置の構成を示す図である。図
示例の半導体装置は「日経マイクロデバイス 1989年6
月号 P51 図2)で報告されたものである。
示例の半導体装置は「日経マイクロデバイス 1989年6
月号 P51 図2)で報告されたものである。
この図において、31はAlN等のセラミックスからなる
パッケージ、32は外部リード、33はパッケージ31上に形
成されたTi層/Mo層/Ni層/Cr層/Cu層/Ni層(以上スパッ
タ)/Ni層/Au層(以上鍍金)等からなるシールパター
ン、34は例えばシールパターン33と同じ構成材料からな
る導体パターン、35はポリイミド樹脂等からなる絶縁体
カバー、36a、36bはPb−Snロー材からなる接着剤、37は
例えば銅箔にSn鍍金が形成されたTAB(Tape Automated
Bonding)リード、38はAu等からなるパンプ、39はコバ
ール合金等からなるキャップ、40はキャップ39表面に形
成されたNi層/Au層(以上鍍金)等からなるメタライズ
層、41はLSIチップ、42はLSIチップ41背面に形成された
Ti層/Au層(以上スパッタ)等からなるメタライズ層、4
3はAlN等のセラミックスからなる放熱板、44は放熱板43
下面に形成されたTi層/Mo層/Ni層(以上スパッタ)/Ni
層/Au層(以上鍍金)等からなるメタライズ層、45はN2
ガス等の不活性ガスが充填された隙間である。
パッケージ、32は外部リード、33はパッケージ31上に形
成されたTi層/Mo層/Ni層/Cr層/Cu層/Ni層(以上スパッ
タ)/Ni層/Au層(以上鍍金)等からなるシールパター
ン、34は例えばシールパターン33と同じ構成材料からな
る導体パターン、35はポリイミド樹脂等からなる絶縁体
カバー、36a、36bはPb−Snロー材からなる接着剤、37は
例えば銅箔にSn鍍金が形成されたTAB(Tape Automated
Bonding)リード、38はAu等からなるパンプ、39はコバ
ール合金等からなるキャップ、40はキャップ39表面に形
成されたNi層/Au層(以上鍍金)等からなるメタライズ
層、41はLSIチップ、42はLSIチップ41背面に形成された
Ti層/Au層(以上スパッタ)等からなるメタライズ層、4
3はAlN等のセラミックスからなる放熱板、44は放熱板43
下面に形成されたTi層/Mo層/Ni層(以上スパッタ)/Ni
層/Au層(以上鍍金)等からなるメタライズ層、45はN2
ガス等の不活性ガスが充填された隙間である。
従来の半導体装置は、パッケージ31にTABによりLSIチ
ップ41をフェースダウンで接続し、このパッケージ31に
接続されたLSIチップ41をキャップ39及び放熱板43で封
止するのを共に接着層36a、36bとなるPb−Snロー材を用
いることにより行っていた。
ップ41をフェースダウンで接続し、このパッケージ31に
接続されたLSIチップ41をキャップ39及び放熱板43で封
止するのを共に接着層36a、36bとなるPb−Snロー材を用
いることにより行っていた。
なお、封止はN2ガス等の不活性ガス雰囲気中で行われ
るため、封止されたLSIチップ41周囲の隙間45には不活
性ガスが充填される。
るため、封止されたLSIチップ41周囲の隙間45には不活
性ガスが充填される。
上記した半導体装置は、近年の装置微細化の要求に伴
い、第3図に示す矢印Xの如く装置横方向を小さくした
いという要求があり、また、できるだけ大きなLSIチッ
プ41を封止する装置の高密度化を図りたいという要求が
あり、このような場合、特にキャップ39表面に形成され
たメタライズ層40とパッケージ31上に形成されたシール
パターン33とを接着する接着層36aとなるPb−Snロー材
では充分な封止気密性が得難いという問題があった。具
体的には、上記高密度化を図るという要求に応えるため
にはPb−Snロー材からなる接着層36a幅(第3図に示す
A)を小さくしなければならず、この接着層36a幅が1mm
以上あれば封止気密性は問題ないが、1mmより小さくな
る程封止気密性が悪くなるという傾向があった。そし
て、封止気密性が充分でないと、Pb−Snロー材からなる
接着層36aを介して外気のH2O、O2等が隙間45内に侵入し
LSIチップ41等を腐食したりしてLSIチップ41等に悪影響
を与えてしまい信頼性が低下するという問題があった。
Pb−Snロー材からなる接着層36a幅が充分でないと封止
気密性が得難くなるのは、Pb−Snロー材中に存在する酸
化物系の不純物等に起因するボイドによるものと考えら
れる。
い、第3図に示す矢印Xの如く装置横方向を小さくした
いという要求があり、また、できるだけ大きなLSIチッ
プ41を封止する装置の高密度化を図りたいという要求が
あり、このような場合、特にキャップ39表面に形成され
たメタライズ層40とパッケージ31上に形成されたシール
パターン33とを接着する接着層36aとなるPb−Snロー材
では充分な封止気密性が得難いという問題があった。具
体的には、上記高密度化を図るという要求に応えるため
にはPb−Snロー材からなる接着層36a幅(第3図に示す
A)を小さくしなければならず、この接着層36a幅が1mm
以上あれば封止気密性は問題ないが、1mmより小さくな
る程封止気密性が悪くなるという傾向があった。そし
て、封止気密性が充分でないと、Pb−Snロー材からなる
接着層36aを介して外気のH2O、O2等が隙間45内に侵入し
LSIチップ41等を腐食したりしてLSIチップ41等に悪影響
を与えてしまい信頼性が低下するという問題があった。
Pb−Snロー材からなる接着層36a幅が充分でないと封止
気密性が得難くなるのは、Pb−Snロー材中に存在する酸
化物系の不純物等に起因するボイドによるものと考えら
れる。
なお、放熱板43側の接着層36bもPb−Snロー材からな
るが、こちら側の接着層36b幅Bは接着層36a幅Aよりも
キャップ39表面のメタライズ層40及びパッケージ43下面
のメタライズ層44を適宜調整してPb−Snロー材の流れ性
を良くることにより(設計許容的にも)2倍以上取るこ
とができるため封止気密性においては問題はない。
るが、こちら側の接着層36b幅Bは接着層36a幅Aよりも
キャップ39表面のメタライズ層40及びパッケージ43下面
のメタライズ層44を適宜調整してPb−Snロー材の流れ性
を良くることにより(設計許容的にも)2倍以上取るこ
とができるため封止気密性においては問題はない。
そこで、本発明は、キャップに形成されたメタライズ
層とパッケージに形成されたシールパターンとの接着層
となるロー材の封止気密性を向上させることができ、チ
ップを高密度化し、かつ長期に渡って信頼性良く実装す
ることができる半導体装置を提供することを目的として
いる。
層とパッケージに形成されたシールパターンとの接着層
となるロー材の封止気密性を向上させることができ、チ
ップを高密度化し、かつ長期に渡って信頼性良く実装す
ることができる半導体装置を提供することを目的として
いる。
本発明による半導体装置は上記目的達成のため、チッ
プがフェースダウンでパッケージに接続され、該パッケ
ージに形成されたシールパターンとキャップに形成され
たメタライズ層とがAu−Snロー材により接着され、該チ
ップ背面に形成されたメタライズ層及び該キャップに形
成されたメタライズ層と放熱板に形成されたメタライズ
層とがPb−Snロー材により接着されているものである。
プがフェースダウンでパッケージに接続され、該パッケ
ージに形成されたシールパターンとキャップに形成され
たメタライズ層とがAu−Snロー材により接着され、該チ
ップ背面に形成されたメタライズ層及び該キャップに形
成されたメタライズ層と放熱板に形成されたメタライズ
層とがPb−Snロー材により接着されているものである。
本発明では、第1図及び第2図(f)に示すように、
パッケージ31に形成されたシールパターン33とキャップ
39に形成されたメタライズ層40とを従来のPb−Snロー材
よりも内部に含有するボイドが少ないAu−Snロー材2に
より接着するようにしたため、キャップ39に形成された
メタライズ層40とパッケージ31に形成されたシールパタ
ーン33との接着層4となるロー材の封止気密性を向上さ
せることができるようになり、LSIチップ41を高密度化
し、かつ、長期に渡って信頼性良く実装することができ
るようになる。
パッケージ31に形成されたシールパターン33とキャップ
39に形成されたメタライズ層40とを従来のPb−Snロー材
よりも内部に含有するボイドが少ないAu−Snロー材2に
より接着するようにしたため、キャップ39に形成された
メタライズ層40とパッケージ31に形成されたシールパタ
ーン33との接着層4となるロー材の封止気密性を向上さ
せることができるようになり、LSIチップ41を高密度化
し、かつ、長期に渡って信頼性良く実装することができ
るようになる。
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第1図及び第2図は本発明に係る半導体装置の一実施
例を説明する図であり、第1図は一実施例の半導体装置
の構成を示す図、第2図は一実施例の製造方法を説明す
る図である。
例を説明する図であり、第1図は一実施例の半導体装置
の構成を示す図、第2図は一実施例の製造方法を説明す
る図である。
これらの図において、第3図と同一符号は同一または
相当部分を示し、1はTABリード37がばら付かないよう
にTABリード37に形成されたポリイミドテープ等からな
るフィルムキャリア、2は例えばAu:Su=80重量%:20重
量%の例えば枠状のAu−Snロー材、3は例えばPb:Sn=9
0重量%:10重量%の例えばペレット状のPb−Snロー材、
4はAu−Snロー材からなる接着層である。
相当部分を示し、1はTABリード37がばら付かないよう
にTABリード37に形成されたポリイミドテープ等からな
るフィルムキャリア、2は例えばAu:Su=80重量%:20重
量%の例えば枠状のAu−Snロー材、3は例えばPb:Sn=9
0重量%:10重量%の例えばペレット状のPb−Snロー材、
4はAu−Snロー材からなる接着層である。
次に、その製造方法について説明する。
まず、第2図(a)、(b)に示すように、チップ41
に形成されたAu等からなるバンプ38とフィルムキャリア
1で補強されたTABリード37とを加熱、加圧により接着
する。なお、LSIチップ41背面にはTi層/Au層(以上スパ
ッタ)等からなるメタライズ層42が形成されている。
に形成されたAu等からなるバンプ38とフィルムキャリア
1で補強されたTABリード37とを加熱、加圧により接着
する。なお、LSIチップ41背面にはTi層/Au層(以上スパ
ッタ)等からなるメタライズ層42が形成されている。
次に、第2図(c)に示すように、TABリード37を所
定の長さで切断する。この時、TABリード37がばら付か
ないように補強されたフィルムキャリア1が除去され
る。
定の長さで切断する。この時、TABリード37がばら付か
ないように補強されたフィルムキャリア1が除去され
る。
次に、第2図(d)、(e)に示すように、LSIチッ
プ41をフェースダウンでパッケージ31に加熱、加圧によ
り接続する。この時、LSIチップ41のTABリード37とパッ
ケージ31の導体パターン34が接続される。なお、ここで
のパッケージ31には、Ti層/Mo層/Ni層/Cr層/Cu層/Ni層
(以上スパッタ)/Ni層/Au層(以上鍍金)等からなるシ
ールパターン33と、例えばシールパターン33の構成材料
と同じ構成材料からなる導体パターン34と、ポリイミド
樹脂等からなる絶縁体カバー35と、例えばコバール(Ko
var)よりなるピンにAu鍍金がされた外部リード32とが
形成されている。
プ41をフェースダウンでパッケージ31に加熱、加圧によ
り接続する。この時、LSIチップ41のTABリード37とパッ
ケージ31の導体パターン34が接続される。なお、ここで
のパッケージ31には、Ti層/Mo層/Ni層/Cr層/Cu層/Ni層
(以上スパッタ)/Ni層/Au層(以上鍍金)等からなるシ
ールパターン33と、例えばシールパターン33の構成材料
と同じ構成材料からなる導体パターン34と、ポリイミド
樹脂等からなる絶縁体カバー35と、例えばコバール(Ko
var)よりなるピンにAu鍍金がされた外部リード32とが
形成されている。
次に、第2図(f)に示すように、枠状のAu−Snロー
材2、枠状のキャップ39、ペレット状のPb−Snロー材3
及び放熱板43を順次載置する。なお、キャップ39表面に
はNi層/Au層(以上鍍金)等からなるメタライズ層40が
形成されており、放熱板43下面にはTi層/Mo層/Ni層(以
上スパッタ)/Ni層/Au層(以上鍍金)等からなるメタラ
イズ層44が形成されている。
材2、枠状のキャップ39、ペレット状のPb−Snロー材3
及び放熱板43を順次載置する。なお、キャップ39表面に
はNi層/Au層(以上鍍金)等からなるメタライズ層40が
形成されており、放熱板43下面にはTi層/Mo層/Ni層(以
上スパッタ)/Ni層/Au層(以上鍍金)等からなるメタラ
イズ層44が形成されている。
そして、N2ガス雰囲気中で加熱(例えば310℃)、加
圧(例えば100g/cm2)することによりパッケージ31に形
成されたシールパターン33とキャップ39に形成されたメ
タライズ層40とを接着層4となるAu−Snロー材2により
接着するとともに、LSIチップ41背面に形成されたメタ
ライズ層42及びキャップ39表面に形成されたメタライズ
層40と放熱板43下面に形成されたメタライズ層44とをPb
−Snロー材3により接着することにより、第1図に示す
ような半導体装置が完成する。
圧(例えば100g/cm2)することによりパッケージ31に形
成されたシールパターン33とキャップ39に形成されたメ
タライズ層40とを接着層4となるAu−Snロー材2により
接着するとともに、LSIチップ41背面に形成されたメタ
ライズ層42及びキャップ39表面に形成されたメタライズ
層40と放熱板43下面に形成されたメタライズ層44とをPb
−Snロー材3により接着することにより、第1図に示す
ような半導体装置が完成する。
すなわち、本実施例では、パッケージ31に形成された
シールパターン33とキャップ39に形成されたメタライズ
層40とをAu−Snロー材2により接着するようにしたた
め、従来のPb−Snロー材で接着する場合よりも封止気密
性を向上させることができ、例えば0.5mm程度に接着層
4幅を小さくすることができる。このため、LSIチップ4
1を高密度化し、かつ長期に渡って信頼性良く実装する
ことができる。Au−Snロー材2を用いて封止気密性が向
上するのは、Pb−Snロー材よりも内部に含有するボイド
が少ないことによるものと考えられる。
シールパターン33とキャップ39に形成されたメタライズ
層40とをAu−Snロー材2により接着するようにしたた
め、従来のPb−Snロー材で接着する場合よりも封止気密
性を向上させることができ、例えば0.5mm程度に接着層
4幅を小さくすることができる。このため、LSIチップ4
1を高密度化し、かつ長期に渡って信頼性良く実装する
ことができる。Au−Snロー材2を用いて封止気密性が向
上するのは、Pb−Snロー材よりも内部に含有するボイド
が少ないことによるものと考えられる。
また、従来例では、封止後の時点で気密性を検査した
ところ歩留りが70〜80%程度であったのに対し、本実施
例によれば、歩留りはほぼ100%であった。更には、−6
5℃(30分)、室温(10分)+150℃(30分)の繰り返
し、熱衝撃試験を行ったところ、従来例では50サイクル
以下で50%程度のものが気密性の点で劣化していたのに
対し、本実施例によれば、300サイクルでも気密性が劣
化するものはなかった。
ところ歩留りが70〜80%程度であったのに対し、本実施
例によれば、歩留りはほぼ100%であった。更には、−6
5℃(30分)、室温(10分)+150℃(30分)の繰り返
し、熱衝撃試験を行ったところ、従来例では50サイクル
以下で50%程度のものが気密性の点で劣化していたのに
対し、本実施例によれば、300サイクルでも気密性が劣
化するものはなかった。
なお、放熱板43側の接着は従来と同様Pb−Snロー材3
であり、前述のようにメタライズ層40、44を適宜調整す
ることによりPb−Snロー材3を放熱板43端部まで漏れ拡
がせることができ、接着層36幅Bを充分取ることができ
るため封止気密性は問題ない。しかし、放熱板43側の接
着をAu−Snロー材2で接着することにより更に封止気密
性を向上させることができると考えられるが、Au−Snロ
ー材2を用いて接着するとAu−Snロー材2中に生じる引
っ張り応力によってメタライズ層42またはチップ41が割
れてしまう。これに対してPb−Snロー材3では、ヤング
率が2×105kg/cm2程度と比較的小さくAu−Snロー材2
に較べ柔らかいため、放熱板43とLSIチップ41間に生じ
る熱膨脹差によるストレスを緩衝することができ、LSI
チップ41に剥離、へき開等を生じないようにすることが
できる。以上のような理由から放熱板43側の接着はPb−
Snロー材3を用いる。
であり、前述のようにメタライズ層40、44を適宜調整す
ることによりPb−Snロー材3を放熱板43端部まで漏れ拡
がせることができ、接着層36幅Bを充分取ることができ
るため封止気密性は問題ない。しかし、放熱板43側の接
着をAu−Snロー材2で接着することにより更に封止気密
性を向上させることができると考えられるが、Au−Snロ
ー材2を用いて接着するとAu−Snロー材2中に生じる引
っ張り応力によってメタライズ層42またはチップ41が割
れてしまう。これに対してPb−Snロー材3では、ヤング
率が2×105kg/cm2程度と比較的小さくAu−Snロー材2
に較べ柔らかいため、放熱板43とLSIチップ41間に生じ
る熱膨脹差によるストレスを緩衝することができ、LSI
チップ41に剥離、へき開等を生じないようにすることが
できる。以上のような理由から放熱板43側の接着はPb−
Snロー材3を用いる。
本発明によれば、キャップに形成されたメタライズ層
とパッケージに形成されたシールパターンとの接着層と
なるロー材の封止気密性を向上させることができ、チッ
プを高密度化し、かつ長期に渡って信頼性良く実装する
ことができるという効果がある。
とパッケージに形成されたシールパターンとの接着層と
なるロー材の封止気密性を向上させることができ、チッ
プを高密度化し、かつ長期に渡って信頼性良く実装する
ことができるという効果がある。
第1図及び第2図は本発明に係る半導体装置の一実施例
を説明する図であり、 第1図は一実施例の半導体装置の構成を示す図、 第2図は一実施例の製造方法を説明する図、 第3図は従来例の半導体装置の構成を示す図である。 2……Au−Snロー材、 3……Pb−Snロー材、 31……パッケージ、 33……シールパターン、 39……キャップ、 40……メタライズ層、 41……LSIチップ、 42……メタライズ層、 44……メタライズ層。
を説明する図であり、 第1図は一実施例の半導体装置の構成を示す図、 第2図は一実施例の製造方法を説明する図、 第3図は従来例の半導体装置の構成を示す図である。 2……Au−Snロー材、 3……Pb−Snロー材、 31……パッケージ、 33……シールパターン、 39……キャップ、 40……メタライズ層、 41……LSIチップ、 42……メタライズ層、 44……メタライズ層。
Claims (1)
- 【請求項1】チップ(41)がフェースダウンでパッケー
ジ(31)に接続され、該パッケージ(31)に形成された
シールパターン(33)とキャップ(39)に形成されたメ
タライズ層(40)とがAu−Snロー材(2)により接着さ
れ、該チップ(41)背面に形成されたメタライズ層(4
2)及び該キャップ(39)に形成されたメタライズ層(4
0)と放熱板(43)に形成されたメタライズ層(44)と
がPb−Snロー材(3)により接着されていることを特徴
とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7237390A JP2796168B2 (ja) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7237390A JP2796168B2 (ja) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03270257A JPH03270257A (ja) | 1991-12-02 |
JP2796168B2 true JP2796168B2 (ja) | 1998-09-10 |
Family
ID=13487439
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7237390A Expired - Fee Related JP2796168B2 (ja) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2796168B2 (ja) |
-
1990
- 1990-03-20 JP JP7237390A patent/JP2796168B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH03270257A (ja) | 1991-12-02 |
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