JPH04320390A - 表面実装型半導体部品の実装方法 - Google Patents

表面実装型半導体部品の実装方法

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JPH04320390A
JPH04320390A JP3088117A JP8811791A JPH04320390A JP H04320390 A JPH04320390 A JP H04320390A JP 3088117 A JP3088117 A JP 3088117A JP 8811791 A JP8811791 A JP 8811791A JP H04320390 A JPH04320390 A JP H04320390A
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thermal expansion
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JP3088117A
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正次 尾形
Kuniyuki Eguchi
州志 江口
Hiroyuki Hozoji
裕之 宝蔵寺
Shigeo Amagi
滋夫 天城
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Hitachi Ltd
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    • H05K1/03Use of materials for the substrate
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    • H05K1/0353Organic insulating material consisting of two or more materials, e.g. two or more polymers, polymer + filler, + reinforcement
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    • H05K3/303Surface mounted components, e.g. affixing before soldering, aligning means, spacing means

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  • Woven Fabrics (AREA)
  • Structures For Mounting Electric Components On Printed Circuit Boards (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プリント基板上に表面
実装型樹脂封止半導体部品を搭載する半導体の実装方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】プリント基板に半導体を実装する方式は
、従来部品のリードピンをプリント基板のスルーホール
に挿入した後、はんだ付けする方式が広く用いられてき
た。しかし、最近は電子機器や装置の小型軽量化,高性
能化を図るために実装の高密度化が強く求められ、部品
の実装方式として表面実装方式が広く用いられるように
なってきた。それに伴い部品のパッケージ形状も従来の
DIP(Dual In−linePlastic P
ackage),ZIP(Zigzag Inline
 Plastic Package),SIP(Sig
leInline Plastic Package)
などで代表されるピン挿入型よりもSOP(Small
 Out−line Plastic Package
),SOJ(Small Outline J−lea
ded Plastic Package),QFP(
Quad Flat Plastic Package
)等の表面実装型パッケージの需要が急速に伸びている
【0003】また、最近は実装密度を一段と高めるため
にパッケージの小型薄型化が進んでおり、TSOP(T
hin Small Outline Plastic
 Package),TSOJ(Thin Small
Outline J−lead Plastic Pa
ckage),TQFP(Thin Quad Fla
t Plastic Package)などの厚さが1
mm前後の薄型パッケージが生産されるようになってい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体は素子
の高集積度化とともにチップが大型化している。このよ
うな状況のもとでパッケージの小型薄型化が進められる
ため、樹脂封止型半導体部品の封止樹脂層は次第に薄型
化の趨勢にある。現在半導体部品の90%近くがエポキ
シ樹脂を主体とする封止材料で樹脂封止されているが、
このような封止材料の熱膨張係数は、一般に、1.6〜
2.3×10−5/℃の範囲にあり、シリコンチップの
熱膨張係数0.4×10−5/℃ に比べるとかなり大
きい。 チップが小さい場合には、パッケージ全体に占める封止
材料の体積比率が大きいためパッケージ全体の熱膨張係
数は封止材料の熱膨張係数に支配され、チップに比べる
とかなり大きい。しかし、大きなチップを薄く樹脂封止
した場合には、パッケージ全体に占めるチップの体積比
率が大きくなり、パッケージ全体の熱膨張係数はチップ
によって大きく支配され、前者に比べて熱膨張係数はか
なり小さな値を示すようになる。
【0005】そのため、大きなチップを薄く樹脂封止し
た表面実装型半導体装置を通常のプリント基板に実装す
ると、パッケージに比べてプリント基板の熱膨張係数(
X軸及びY軸とも1.3〜1.6×10−5/℃)が大
きいために両者の熱膨張係数の違いによって大きな熱応
力が発生する。そのため、急激な熱衝撃が加わるとリー
ドピンとプリント基板の配線部の接合部の近くに剥離,
断線といった不良を発生し易い。このような熱応力の問
題には、パッケージの小型薄型化によってリードピンが
細く、かつ、短くなリ、リードピンの変形の自由度が減
ることも大きく影響するようになっている。
【0006】本発明の目的は、プリント基板の熱膨張係
数を出来るだけパッケージに近付け、それによって熱応
力を低減し、プリント基板と半導体部品の接合部の耐熱
衝撃寿命の大幅な改善を図ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】プリント基板と半導体部
品の接合部に発生する熱応力を低減するには両者の熱膨
張係数を合わせる必要がある。特に、プリント基板の熱
膨張係数を従来よりも小さくする必要がある。この目的
を達成する手段は次の通りである。
【0008】(1)配線パターンが形成されたプリント
基板に樹脂封止型半導体部品を表面実装する半導体の実
装方法において、プリント基板はX軸及びY軸の熱膨張
係数がいずれも1.0×10−5/℃ 以下であり、か
つ、樹脂封止型半導体部品は外部リードがパッケージの
外側にガルウイング状、あるいは、パッケージの下側に
J字状に成形された表面実装型のパッケージ構造をもつ
ことを特徴とする表面実装型半導体部品の実装方法。
【0009】(2)前記プリント基板はガラス繊維に無
機微粒子及び熱硬化性樹脂を含浸させた基材で構成され
ていることを特徴とする(1)の表面実装型半導体の実
装方法。 (3)前記プリント基板はガラス繊維に熱硬化性樹脂及
び必要に応じ無機微粒子を含浸させた基材とセラミック
を組み合わせた複合材で構成されていることを特徴とす
る(1)の表面実装型半導体の実装方法。
【0010】(4)前記表面実装型樹脂封止半導体部品
は、パッケージの投影面積に対するチップの投影面積が
50%以上であり、かつ、パッケージ全体の厚さに対す
るチップまたはチップ及びリードフレームの厚さの合計
が50%以上であることを特徴とする(1)から(3)
に記載の表面実装型半導体部品の実装方法。
【0011】本発明において、プリント基板の熱膨張係
数を1.0×10−5/℃ 以下とするのは、パッケー
ジの投影面積に対するチップの投影面積が50%、かつ
、パッケージ全体の厚さに対するチップ、または、チッ
プ及びリードフレームの厚さの合計が50%を超えるよ
うな表面実装型半導体のパッケージはその熱膨張係数が
チップによって著しく支配され、1.0×10−5/℃
 以下の小さな値を示すようになるためである。
【0012】プリント基板の熱膨張係数を1.0×10
−5/℃ 以下にする具体的手法としては次の方法が挙
げられる。通常、プリント基板はガラスクロスまたは不
織布にワニス(溶剤に熱硬化性樹脂を溶解した組成物)
を含浸し、予備加熱により溶剤を除去、樹脂を半硬化状
態にしてプリプレグを作製する。次いでこのプリプレグ
を必要枚数重ね、更に、その最外層に銅箔を重ね、加圧
成形して銅貼り積層板を作製する。こうして作製した銅
貼り積層板の表面に回路パターンを形成しプリント基板
が完成する。また、多層プリント基板は、表面に回路を
形成したプリント基板を複数枚重ね、それをプリプレグ
を用いて多層化接着し、スルーホールを介して内層回路
を導通させて作製される。プリント基板の熱膨張係数を
1.0×10−5/℃以下にするには、このような銅貼
り積層板の製造過程で、(a)ガラスクロスまたは不織
布にワニスを含浸する際、ワニスとして無機微粒子を分
散したものを用いる。(b)銅箔のプリプレグと接着す
る側にセラミックスを溶射した銅箔を用いる(日立化成
テクニカルレポート,No.13,pp.15−18,
(1989))。 (c)プリプレグと銅箔を重ねて加圧成形する際、プリ
プレグの間に薄いセラミックスシ−トを挾むといった方
法が有効である。ワニスに配合する無機粒子は結晶性シ
リカ,溶融シリカ,アルミナ,ガラス,窒化珪素,窒化
アルミ,炭化珪素,ジルコニア,水酸化アルミニウム,
炭酸カルシウム等の各種無機粉末が挙げられるが、配合
量を余り増やさずに熱膨張係数を小さくし、プリント基
板の各種信頼性を確保するためには溶融シリカが有効で
ある。また、加圧成形時の樹脂の流動性を良くするため
には無機粒子の形状はなるべく球形のものが望ましい。 また、これらの無機粒子をガラスクロスまたは不織布に
なるべく均一に分散させるためには、最大粒径は44μ
m以下、平均粒径は0.1〜10μm、特に、0.3〜
6μmの範囲が望ましい。一方、銅箔に溶射するセラミ
ックスあるいは銅貼り積層板の内層に挾むセラミックス
シートは、酸化物,窒化物あるいは炭化物系の各種セラ
ミックスが挙げられるが、特に、アルミナ,ジルコニア
,マグネシア,チタニア,ムライト,クロムオキサイド
,コージライト等が有効である。
【0013】
【作用】本発明によりプリント基板と表面実装型樹脂封
止型半導体パッケージの熱膨張係数を近付けることがで
きる。それによって半導体部品を搭載したプリント基板
を温度サイクル試験にかけた場合、両者の熱膨張係数差
によって発生する熱応力が著しく低減され、プリント基
板と半導体のリード接合部の近くに発生する剥離,断線
等の不良が大幅に低減する。
【0014】
【実施例】〈実施例1〉表面に回路を形成したシリコン
チップ(6.4 ×16.6mm2 ,厚み400μm
)を42アロイ製リードフレーム(厚み250μm)に
ポリイミド樹脂系の導電性接着剤(厚み100μm)で
接着した。次いで、このものをエポキシ樹脂系の封止材
料で封止した(図1参照)。封止したパッケージの寸法
は7.1 ×22.0mm,厚み1.2mmで、パッケ
ージの投影面積に対するチップの投影面積は68%、パ
ッケージの全体厚みに対するチップ及びリードフレーム
の厚みの合計は54%である。このパッケージの平面長
さ方向の熱膨張係数を測定した結果0.90×10−5
/℃ であった。なお、使用したエポキシ樹脂系封止材
料はフィラ−として溶融シリカを65容量%含有し、硬
化後は熱膨張係数が1.7 ×10−5/℃ を示す材
料である。
【0015】次に、樹脂封止型半導体装置をガラス繊維
にエポキシ樹脂と無機微粒子を含浸して作製したプリン
ト基板(図4)にはんだ付け実装した。なお、このプリ
ント基板は樹脂含有量が30容量%,溶融シリカ含有量
30容量%,ガラス繊維含有量40容量%で、X軸方向
の熱膨張係数が0.85×10−5/℃ 、Y軸方向の
熱膨張係数が0.90×10−5/℃ である。
【0016】〈実施例2〉片面にアルミナを溶射した銅
箔のアルミナ溶射面とプリプレグを接着した基材に回路
を形成したプリント基板(図5)を作製した。このプリ
ント基板は樹脂含有量が35容量%,アルミナ含有量3
0容量%,ガラス繊維含有量35容量%で、X軸方向の
熱膨張係数が0.80×10−5/℃ 、Y軸方向の熱
膨張係数が0.85×10−5/℃ である。次いで、
このプリント基板に実施例1で作製したパッケージの平
面長さ方向の熱膨張係数が0.90×10−5/℃ の
樹脂封止型半導体装置をはんだ付け実装した。
【0017】〈実施例3〉表面に回路を形成したシリコ
ンチップ(6.4×16.6mm2 ,厚み400μm
)を42アロイ製リードフレーム(厚み250μm)に
ポリイミド樹脂系の導電性接着剤(厚み100μm)で
接着した。次いで、このものをエポキシ樹脂系の封止材
料を用いチップの裏面を露出させた状態で樹脂封止した
(図2参照)。封止したパッケージの寸法は7.1×2
2.0mm,厚み1.0mm で、パッケージの投影面
積に対するチップの投影面積は68%、パッケージの全
体厚みに対するチップ及びリードフレームの厚みの合計
は62.5% である。このパッケージの平面長さ方向
の熱膨張係数を測定した結果、0.60×10−5/℃
 であった。 なお、使用したエポキシ樹脂系封止材料はフィラとして
溶融シリカを80容量%含有し、硬化後は熱膨張係数が
0.75×10−5/℃ を示す材料である。
【0018】樹脂封止型半導体装置を実装するため、プ
リプレグ層間にセラミックシートを挟み最外層に通常の
銅箔を重ねて接着した基材に回路を形成したプリント基
板(図6)を作製した。このプリント基板は樹脂含有量
が10−5/℃ ),35容量%,アルミナ含有量30
容量%,ガラス繊維含有量35容量%で、X軸方向の熱
膨張係数が0.70×10−5/℃ 、Y軸方向の熱膨
張係数が0.75×10−5/℃である。次いで、この
プリント基板にパッケージの平面長さ方向の熱膨張係数
が0.60×10−5/℃ の樹脂封止型半導体装置を
はんだ付け実装した。
【0019】〈比較例1及び2〉実施例1及び3で用い
た樹脂封止型半導体を通常のガラス/エポキシ樹脂系の
プリント基板にはんだ付け実装した。このプリント基板
は樹脂含有量が60容量%,ガラス繊維含有量が40容
量%でX軸方向の熱膨張係数は1.45 ×10−5/
℃、Y軸方向の熱膨張係数は1.50×10−5/℃ 
であった。
【0020】〈比較例3〉表面に回路を形成したシリコ
ンチップ(4.04×8.78mm2,厚み400μm
)を42アロイ製リードフレーム(厚み250μm)に
エポキシ樹脂系の導電性接着剤(厚み100μm)で接
着した。次いで、このものをエポキシ樹脂系の封止材料
で樹脂封止した(図3参照)。封止したパッケージの寸
法は6.6×19.2mm,厚み3.6mmで、パッケ
ージの投影面積に対するチップの投影面積は28%、パ
ッケージの全体厚みに対するチップ及びリードフレーム
の厚みの合計は18%である。このパッケージの平面長
さ方向の熱膨張係数は1.5 ×10−5/℃であった
。なお、使用したエポキシ樹脂系封止材料はフィラーと
して溶融シリカを65容量%含有し、硬化後は熱膨張係
数が1.7×10−5/℃ を示す材料である。
【0021】樹脂封止型半導体を比較例1で用いたプリ
ント基板(X軸方向の熱膨張係数1.45×10−5/
℃、Y軸方向の熱膨張係数1.50×10−5/℃)に
はんだ付け実装した。
【0022】〈比較例4〉実施例2で作製したプリント
基板(X軸方向の熱膨張係数0.80×10−5/℃、
Y軸方向の熱膨張係数0.85×10−5/℃ )に、
比較例3で作製したパッケージの平面長さ方向の熱膨張
係数が1.5×10−5/℃ の樹脂封止型半導体装置
をはんだ付け実装した。
【0023】〈比較例5〉実施例3で作製したプリント
基板(X軸方向の熱膨張係数0.70×10−5/℃、
Y軸方向の熱膨張係数0.75×10−5/℃ )に、
比較例3で作製したパッケージの平面長さ方向の熱膨張
係数が1.5×10−5/℃ の樹脂封止型半導体装置
をはんだ付け実装した。
【0024】次に、半導体装置を実装した各プリント基
板を−20℃/30min ⇔120℃/30min 
の温度サイクル試験にかけ、はんだ接合部の接合不良(
リード断線またははんだ接合部の剥離)発生状況を調べ
た。結果を表1にまとめて示す。
【0025】
【表1】
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、パッケージとプリント
基板の熱膨張係数差を極めて小さくすることができるた
めに、接合部に発生する熱応力を大幅に低減することが
でき、接合部の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の樹脂封止型半導体装置の断
面図。
【図2】本発明の他の実施例の断面図。
【図3】従来の樹脂封止型半導体装置の断面図。
【図4】本発明のガラス繊維にエポキシ樹脂と無機微粒
子を含浸しこれに銅箔を接着した基材を用いて作製した
プリント回路基板の断面図。
【図5】本発明の片面にアルミナを溶射した銅箔とプリ
プレグを接着した基材を用いて作製したプリント基板の
断面図。
【図6】セラミックシートの両面にプリプレグ及び通常
の銅箔を接着した基材を用いて作製したプリント基板の
断面図。
【符号の説明】
1…シリコンチップ、2…金ワイヤ、3…接着剤、4…
リードフレーム、5…封止材料、6…銅箔、7…ガラス
繊維、8…エポキシ樹脂、9…無機微粒子、10…溶射
したセラミック層、11…セラミックシート。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】配線パターンが形成されたプリント基板に
    樹脂封止型半導体部品を表面実装する半導体の実装方法
    において、前記プリント基板はX軸及びY軸の熱膨張係
    数がいずれも1.0×10−5/℃ 以下であり、かつ
    、前記樹脂封止型半導体部品は外部リードがパッケージ
    の外側にガルウイング状あるいは前記パッケージの下側
    にJ字状に成形された表面実装型のパッケージ構造とす
    ることを特徴とする表面実装型半導体部品の実装方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記プリント基板はガ
    ラス繊維に無機微粒子及び熱硬化性樹脂を含浸させた基
    材で構成している表面実装型半導体の実装方法。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記プリント基板はガ
    ラス繊維に熱硬化性樹脂及び必要に応じ無機微粒子を含
    浸させた基材とセラミックを組み合わせた複合材で構成
    されている表面実装型半導体の実装方法。
  4. 【請求項4】請求項1,2または3において、前記表面
    実装型樹脂封止半導体部品は、前記パッケージの投影面
    積に対するチップの投影面積が50%以上であり、前記
    パッケージ全体の厚さに対するチップまたはチップ及び
    リードフレームの厚さの合計が50%以上である表面実
    装型半導体部品の実装方法。
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