JPH0572751B2 - - Google Patents

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JPH0572751B2
JPH0572751B2 JP59218411A JP21841184A JPH0572751B2 JP H0572751 B2 JPH0572751 B2 JP H0572751B2 JP 59218411 A JP59218411 A JP 59218411A JP 21841184 A JP21841184 A JP 21841184A JP H0572751 B2 JPH0572751 B2 JP H0572751B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体基体と誘電体基板間を電気的に
結合した圧着型半導体パツケージに係り、特に圧
着のための加圧及び圧着端子に正確な位置合せを
必要としない圧着型半導体パツケージに関する。
〔発明の背景〕
半導体集積回路は近年ますます高密度化、高集
積化に拍車がかかり、LSIチツプ(半導体基体)
は大型化の傾向が著しい。従来はLSIチツプと誘
電体基板間ははんだで接続されていたが、LSIチ
ツプの大型化によりLSIチツプと誘電体基板の熱
膨張係数の差に基づく熱疲労破壊がクローズアツ
プされるようになり、LSIチツプと誘電体基板の
熱膨張係数の差に基づく熱疲労破壊が原理的に発
生しないパツケージ構造の一つとして圧着型パツ
ケージ構造が提案されはじめている。
圧着型パツケージ構造は大電力を扱う電力用半
導体装置でよく用いられる構造であるが、LSIチ
ツプと誘電体基板の結合に適用する考えはまだ一
般的でなく、わずかに特開昭56−142660号公報に
示されているにすぎない。
圧着型パツケージ構造の特長は、LSIチツプと
誘電体基板の各々に設けられた圧着端子が圧着さ
れている接続部が接着されていないためにLSIチ
ツプと誘電体基板の熱膨張係数の差に基づく熱疲
労破壊が原理的に発生しない点であるが、その反
面圧着端子間の接触を保つために何らかの手段で
加圧することが必須であり、このことがパツケー
ジ構造を複雑にし、実用化の妨げになつている。
従来はこの点に関する認識があまり充分でなか
つた。そのため上記公知従来例でも加圧をLSIチ
ツプの背面から行ない構造を採用しており、上記
したパツケージ構造の複雑化への反応は不充分で
あつた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は圧着型半導体パツケージにおい
て、圧着のための加圧及び圧着端子の正確な位置
合せを必要としない圧着型半導体パツケージを提
供することである。
〔発明の概要〕
本発明の圧着型半導体パツケージは、圧着端子
に加えて圧着のための加圧及び圧着端子の正確な
位置合せを自動的に行なうために複数個の微小は
んだ群による接続端子を併用し、半導体基体と誘
電体基板間を電気的かつ機械的に結合しているこ
とを特徴とする。
一般に、はんだ(例えば鉛−錫合金−、鉛−イ
ンジウム合金、錫−銀合金等)で代表される低融
点金属は圧着端子用材料として好適な比較例高融
点の金属(金、銅、銀、アルミニウム等)よりも
熱膨張係数が大きい。
本発明者らはこの点に着目し、本発明では比較
的高融点の金属による圧着端子の加圧力をはんだ
と比較的高融点に金属との熱膨張係数差により得
ている。すなわち、はんだの融点以上で圧着端子
を接触させ、そのままの状態を保ちながら常温ま
で冷却することによつて圧着端子への加圧力がは
んだと比較的高融点の圧着端子金属との熱膨張係
数差により発生するるのである。
さらに、この構造でははんだの溶融時にはんだ
の表面張力によつて自動的に圧着端子の相対位置
が正確に合わせられるという利点も合わせもつて
いる。
〔発明の実施例〕
本発明の一実施例を第1図に従つて説明する。
第1図に示すように、本発明による圧着型半導
体パツケージはアルミナセラミツク基板(誘電体
基板)5とシリコンチツプ(半導体基板)1とを
複数個のシリコンチツプ側圧着端子2とアルミナ
セラミツク基板側圧着端子3の相互接触及び複数
個のはんだ4による接続を併用することにより電
気的及び機械的に結合した構造体である。
はんだ4により結合させるためにシリコンチツ
プ1及びアルミナセラミツク基板5にはそれぞれ
シリコンチツプ側はんだ付電極6及びアルミナセ
ラミツク基板側はんだ付電極7が形成されてい
る。本発明の実施例ではシリコンチツプ1の寸法
は一辺10mmの正方形、シリコンチツプ側圧着端子
2及びアルミナセラミツク基板側圧着端子3はシ
リコンチツプ1の周辺にのみ配置し、その数は一
辺当り20個、合計80個、はんだ4の数はシリコン
チツプ中央部に4個、シリコンチツプ側圧着端子
2及びアルミナセラミツク基板側圧着端子3はい
ずれも直径200μm、最小ピツチ400μm、高さ50μ
m、シリコンチツプ側はんだ付電極6及びアルミ
ナセラミツク基板側はんだ付電極7はいずれも直
径200μm、ピツチ400μm、一体化後のシリコン
チツプ1とアルミナセラミツク基板5の間隙はシ
リコンチツプ側圧着端子2とアルミナセラミツク
基板側圧着端子3の高さの合計に等しく、100μ
mである。
ここで、本発明による半導体パツケージの製造
工程について第2図に従つて説明する。
第2図aに示すように、内部の回路を形成した
後、金のめつきによりシリコンチツプ側圧着端子
1が形成され、シリコンチツプ側はんだ(鉛95重
量%、錫5重量%)8がシリコンチツプ側はんだ
付電極6上に形成されたシリコンチツプ1を、す
でに金のめつきによりアルミナセラミツク基板側
圧着端子3が形成され、グリーンシート法により
アルミナセラミツク基板側はんだ付電極7、その
表面には印刷されたはんだの再溶融により鉛95重
量%、錫5重量%のアルミナセラミツク基板側は
んだ9が形成されたアルミナセラミツク基板5に
対向させ、ハーフミラーを用いて位置合せする。
次に第2図bに示すように、シリコンチツプ1
とアルミナセラミツク基板5がシリコンチツプ側
はんだ8とアルミナセラミツク基板側はんだ9と
接触した状態では位置合せ精度の関係からシリコ
ンチツプ側圧着端子2とアルミナセラミツク基板
側圧着端子3は相対的に少し位置ずれしているの
が通例である。ここでシリコンチツプ側はんだ8
の体積を6〜9×10-4mm3として、シリコンチツ
プ側圧着端子2とアルミナセラミツク基板側圧着
端子3が接触しないようにする。
更に第2図cに示すようにこの状態で炉中で鉛
95重量%、錫5重量%のはんだの液相温度より少
し高い温度(350℃)まで加熱するとはんだの表
面張力により少しずれていたシリコンチツプ側圧
着端子2とアルミナセラミツク基板側圧着端子3
との相対位置が正確に合う(自己整合)。その時
点で図に示すようにシリコンチツプ1の裏面から
ばね11による加圧力を加圧部材10,12を介
して加える。ここままではんだ4の融点以下まで
冷却すると、熱膨張係数の差によりシリコンチツ
プ側圧着端子2とアルミナセラミツク基板側圧着
端子3の間に加圧力が働き、第1図に示すような
パツケージ構造が完成する。
この構造ではシリコンチツプ1とアルミナセラ
ミツク基板5の熱膨張係数の差にもとづく熱疲労
が懸念されるシリコンチツプ1周辺部ではシリコ
ンチツプ1とアルミナセラミツク基板5が自由に
伸縮でき、熱応力が発生しない圧着構造(シリコ
ンチツプ側圧着端子2とアルミナセラミツク基板
側圧着端子3は接触しているだけで接着はしてい
ない)をとつているため、熱疲労は問題にならな
い。しかも、シリコンチツプ1とアルミナセラミ
ツク基板5の熱膨張係数の差により熱疲労が発生
する可能性のある接着構造はシリコンチツプ1の
中央部のシリコンチツプ1とアルミナセラミツク
基板5の相対的な変位の少ない領域に限られてお
り、はんだ4による接着部も電気的な接続点とし
て充分の信頼性を確保している。はんだ4を配置
する領域はシリコンチツプ1の中央を中心とする
直径5mmの円内であれば充分な信頼性を確保でき
る。
本発明の他の実施例を第3図に従つて説明す
る。第3図に示すように、本実施例では第1図に
示した実施例と異なり、シリコンチツプ1の周辺
部(正確には四隅の4個所)にはんだ4配置し
た。シリコンチツプ1の寸法、シリコンチツプ側
圧着端子2及びアルミナセラミツク基板側圧着端
子3の寸法及びピツチ、また、製造プロセスは第
1図及び第2図に示した実施例と同じであるため
ここでは省略する。
この構造の先に述べた実施例に対する利点を以
下に列挙する。
(i) 第2図bのプロセスにおいて、シリコンチツ
プ側はんだ8のはんだ量がばらついた場合を想
定する。このプロセスでは(イ)シリコンチツプ側
圧着端子2とアルミナセラミツク基板側圧着端
子3が絶対に接触しないこと、(ロ)シリコンチツ
プ側はんだ8とアルミナセラミツク基板側はん
だ9が必ず接触すること、の両条件を同時に満
足しなければならないが、第4図aに示すよう
に先に述べた実施例においてシリコンチツプ側
はんだ81が5×10-4mm3、シリコンチツプ側
はんだ82が9×10-4mm3の場合にはシリコン
チツプ側圧着端子2とアルミナセラミツク基板
側圧着端子3が接触する部分があり、しかもシ
リコンチツプ側はんだ81がアルミナセラミツ
ク基板側はんだ9に接触していないという問題
点がある。これに対して、第4図bではシリコ
ンチツプ側はんだ83のはんだ量をシリコンチ
ツプ側はん81と同じ5×10-4mm3、シリコン
チツプ側はんだ84のはんだ量をシリコンチツ
プ側はんだ82と同じ9×10-4mm3としても(イ)
と(ロ)の条件を同時に満足している。
このようにして、本実施例でシリコンチツプ
側はんだ8のはんだ量の許容範囲が大きい(4
〜9×10-4mm3、先に述べた実施例で6〜9×
10-4mm3)。
(i) はんだ4の位置がシリコンチツプ1の中心か
ら離れているため、はんだ4による自己整合時
に働くモーメントが大きく、第2図の2から第
2図の3に至る過程ではんだ4による自己整合
(自動位置合せ)が先に述べた実施例よりもよ
り確実に行なわれる。
これらの実施例から、当然のことながら、シリ
コンチツプ1の中央部と周辺、鵜にはんだ4を配
置した構造あるいはシリコンチツプ1内の中央
部、周辺部にかかわらずはんだ4を均一にあるい
は不均一に配置した構造もありうることは簡単に
類推できるしかも、はんだ4によりシリコンチツ
プ側圧着端子2、アルミナセラミツク基板側圧着
端子3の間にGapを与える必要性からはんだ4の
数は1個のシリコンチツプ1につき最低3個必要
なことも明白である。
また、はんだ4はシリコンチツプ側圧着端子
2、アルミナセラミツク基板側圧着端子3の熱膨
張係数より大きい材質であれば鉛95重量%、錫5
重量%に限らず、鉛−錫系、錫−銀系、金−錫
系、錫−ビスマス系、鉛−インジウム系等、一般
に用いられているはんだ材から適当に選んでもよ
い。
また、シリコンチツプ側圧着端子2、アルミナ
セラミツク基板側圧着端子3は金に限らずはんだ
4の熱膨張係数より小さい材質であれば銀、銅、
アルミニウム等、さらにこれら同志またはこれら
と他の材料との複合材料であつてもよいことも自
明である。
次に、アルミナセラミツク基板5の材質はアル
ミナセラミツクに限らず、誘電体であれば有機樹
脂、無機セラミツク(SiC、SiN、ムライト等)、
ガラス等でもよいことも明らかである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、複数個の微小はんだ群による
接続端子を圧着端子と併用することにより、圧着
のための加圧及び圧着端子の正確な位置合せが自
動的に行なわれ、半導体基体と誘電体基板間を電
気的かつ機械的に結合した圧着型半導体パツケー
ジを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による一実施例を示す断面図、
第2図a〜cは第1図に示した本発明による実施
例の製造工程を示す断面図、第3図は本発明によ
る他の実施例を示す断面図、第4図a,bは、第
1図、第3図に示す実施例におけるはんだによる
結合状況を示す図である。 1……シリコンチツプ、2……シリコンチツプ
側圧着端子、3……アルミナセラミツク基板側圧
着端子、4……はんだ、5……アルミナセラミツ
ク基板。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体基体と誘電体基板間を複数個の微小圧
    着端子群により電気的に結合する圧着型半導体パ
    ツケージにおいて、該微小圧着端子群に加えて該
    半導体基体と該誘電体基板の間に3個以上の微小
    はんだ群を配置したことを特徴とする圧着型半導
    体パツケージ。 2 特許請求の範囲第1項において、該微小はん
    だ群の配置される領域が該半導体基体の中央を中
    心とし、直径5mmの円内であることを特徴とする
    圧着型半導体パツケージ。 3 特許請求の範囲第1項において、該微小はん
    だ群の配置される領域が該半導体基体の周辺部の
    四隅であることを特徴とする圧着型半導体パツケ
    ージ。
JP59218411A 1984-10-19 1984-10-19 圧着型半導体パツケ−ジ Granted JPS6197932A (ja)

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JP59218411A JPS6197932A (ja) 1984-10-19 1984-10-19 圧着型半導体パツケ−ジ

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JPS6197932A JPS6197932A (ja) 1986-05-16
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