JPH0590307A - 半導体装置用ハンダ膜及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents

半導体装置用ハンダ膜及びそれを用いた半導体装置

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JPH0590307A
JPH0590307A JP13929091A JP13929091A JPH0590307A JP H0590307 A JPH0590307 A JP H0590307A JP 13929091 A JP13929091 A JP 13929091A JP 13929091 A JP13929091 A JP 13929091A JP H0590307 A JPH0590307 A JP H0590307A
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solder
semiconductor device
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JP13929091A
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English (en)
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Akira Mori
暁 森
Masaki Morikawa
正樹 森川
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
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    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors
    • HELECTRICITY
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    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
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    • H01L2924/102Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025Semiconducting materials
    • H01L2924/10251Elemental semiconductors, i.e. Group IV
    • H01L2924/10253Silicon [Si]

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  • Die Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本願のハンダ膜は、ハンダ膜の厚みを0.1
mmとしたときのα線放出量がA(cph/cm2)で
あり、厚みTが40μm以下であり、α線放出量A及び
厚みTから式 R=0.3×A×T1/3 により求めら
れるα線放出量Rが、0.05cph/cm2以下であ
る様に厚みTを決定してなることを特徴とする。また、
半導体装置は、前記ハンダ膜を用いてパッケージと蓋あ
るいは半導体素子とパッケージのリードフレームとを接
合してなることを特徴とする。 【効果】 本願のハンダ膜はα線放出量Rを低減するこ
とができる。また、このハンダ膜を用いた半導体装置は
ソフトエラーの発生を大幅に減少させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、LSI,VLSI等の
半導体装置に用いて好適なハンダ膜及びそれを用いた半
導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、図4及び図5に示す様に、例えば
4MDRAMや16MDRAM等の半導体装置1におい
ては、セラミック製のパッケージ2に42アロイ板から
なる蓋3がハンダ付けされ、このパッケージ2内にはS
iチップ(半導体素子)4がハンダ付けされている。
【0003】パッケージ2と蓋3をハンダ付けするに
は、該パッケージ2と蓋3との間に100〜200μm
の厚みのハンダ箔5を介装した後に、これらを加熱して
ハンダ箔5を溶融させハンダ付けする。また、Siチッ
プ4とパッケージ2をハンダ付けするには、Siチップ
4とリードフレーム(図示せず)との間に100〜20
0μmの厚みのハンダ箔6を介装した後に、これらを加
熱してハンダ箔6を溶融させハンダ付けする。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記半導体
装置1においては、ハンダ箔5,6にUやTh等の放射
性同位元素が微量含まれているために、これらの放射性
同位元素の崩壊に伴って前記ハンダ箔5,6から放射さ
れるα線により誤動作することが知られている。したが
って、これらのハンダ箔5,6に含まれるUやTh等の
放射性同位元素の濃度を極力低減する必要がある。
【0005】しかしながら、ハンダ箔5,6の主成分で
あるPbからUやThを分離することが難しく、いかに
してこれらの放射性同位元素から放射されるα線放出量
を低減するかがハンダメーカーの大きな課題になってい
た。
【0006】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、ハンダに含まれる放射性同位元素から放射
されるα線放出量を低減することができる半導体装置用
ハンダ膜、及びα線による誤動作を低減することができ
る半導体装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様な半導体装置用ハンダ膜及びそれを
用いた半導体装置を採用した。
【0008】すなわち、請求項1記載の半導体装置用ハ
ンダ膜としては、Pb及びSnを主成分とするハンダ膜
の厚みを0.1mmとしたときの該ハンダ膜が放出する
α線放出量がA(cph/cm2)であり、前記ハンダ
膜の厚みTが40μm以下であり、前記α線放出量A及
び前記厚みTから次式 R=0.3×A×T1/3 により求められるα線放出量Rが、0.05cph/c
2以下である様に厚みTを決定してなることを特徴と
している。
【0009】また、請求項2記載の半導体装置として
は、パッケージと該パッケージ内の半導体素子を覆う蓋
との間に、Pb及びSnを主成分とするハンダ膜の厚み
を0.1mmとしたときの該ハンダ膜が放出するα線放
出量がA(cph/cm2)であり、前記ハンダ膜の厚
みTが40μm以下であり、前記α線放出量A及び前記
厚みTから次式 R=0.3×A×T1/3 により求められるα線放出量Rが、0.05cph/c
2以下である様に厚みTを決定してなるハンダ膜を介
装し、該ハンダ膜を加熱溶融することにより、前記パッ
ケージと前記蓋とを接合してなることを特徴としてい
る。
【0010】また、請求項3記載の半導体装置として
は、半導体素子とパッケージのリードフレームとの間
に、Pb及びSnを主成分とするハンダ膜の厚みを0.
1mmとしたときの該ハンダ膜が放出するα線放出量が
A(cph/cm2)であり、前記ハンダ膜の厚みTが
40μm以下であり、前記α線放出量A及び前記厚みT
から次式 R=0.3×A×T1/3 により求められるα線放出量Rが、0.05cph/c
2以下である様に厚みTを決定してなるハンダ膜を介
装し、該ハンダ膜を加熱溶融することにより、前記半導
体素子とパッケージのリードフレームとを接合してなる
ことを特徴としている。
【0011】ここで、α線放出量Rを、0.05cph
/cm2以下と限定した理由は、α線放出量Rが0.0
5cph/cm2を越えると、半導体装置の誤動作の発
生回数が急激に増加するからである。
【0012】
【作用】請求項1記載の半導体装置用ハンダ膜では、ハ
ンダ膜の厚みTを40μm以下とし、前記α線放出量A
及び前記厚みTから求められるα線放出量Rが0.05
cph/cm2以下となる様に厚みTを決定することに
より、前記ハンダ膜のα線放出量を低減する。
【0013】また、請求項2記載の半導体装置では、ハ
ンダ膜の厚みTを40μm以下とし、前記α線放出量A
及び前記厚みTから求められるα線放出量Rが0.05
cph/cm2以下となる様に厚みTを決定したハンダ
膜を用いて前記パッケージと前記蓋とを接合することに
より、前記半導体装置のα線による誤動作を防止する。
【0014】また、請求項3記載の半導体装置では、ハ
ンダ膜の厚みTを40μm以下とし、前記α線放出量A
及び前記厚みTから求められるα線放出量Rが0.05
cph/cm2以下となる様に厚みTを決定したハンダ
膜を用いて前記半導体素子とパッケージのリードフレー
ムとを接合することにより、前記半導体装置のα線によ
る誤動作を防止する。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0016】まず、本発明の一実施例である半導体装置
用ハンダ膜(以下、単にハンダ膜と略称する)について
説明する。
【0017】このハンダ膜は、表1に示す様に、組成が
Pb−10重量%SnまたはPb−5重量%Snの高融
点ハンダである。
【0018】次に、このハンダ膜の厚みTを決定する方
法について説明する。
【0019】まず、ハンダ膜の厚みTと該ハンダ膜が放
出するα線放出量Rの関係について説明する。
【0020】Pbを主成分とするハンダ膜の厚みTと該
ハンダ膜が放出するα線放出量との間には、次の様な関
係が成り立つ。 R=0.3×A×T1/3 ……(1) ただし、A:前記ハンダ膜の厚みを0.1mmとしたと
きの該ハンダ膜が放出するα線放出量(cph/c
2)、 R:厚みTμmのハンダ膜が放出するα線放出量(cp
h/cm2)である。
【0021】α線放出量を測定する手段としては、ガス
を絶えず流しながら使用するガスフロー型比例計数管
(F−PC)、ガスのイオン化を利用したシンチレーシ
ョン計数管(SC)、半導体表面障壁層を用いた半導体
検出器(SSD)のいずれかが好適にもちいられる。
【0022】また、(1)式が成り立つのはハンダ膜の
厚みTが40μm以下の場合である。
【0023】ここで、Aは定数とみなしてよいから、R
を所望の値とすれば、(1)式よりRを満足するハンダ
膜の厚みTが求められる。
【0024】図1は、Tを40μm以下の範囲として
(1)式をグラフ化したものである。図中、実線は蒸着
膜の場合、破線は厚み0.45mmのバルクの場合を示
している。このグラフより、α線放出量R(本願では
0.05cph/cm2以下)が決まれば、このRを満
足するハンダ膜の厚みT(本願では3μm以下)が容易
に求められる。
【0025】次に、前記ハンダ膜を用いた半導体装置に
ついて図2及び図3を参照しながら説明する。
【0026】半導体装置11は、例えば4MDRAMや
16MDRAM等からなるものである。この半導体装置
11は、ハンダ膜12によりセラミック製のパッケージ
2に42アロイ板からなる蓋3がハンダ付けされ、この
パッケージ2内にはハンダ膜13によりSiチップ(半
導体素子)4がハンダ付けされている。
【0027】ハンダ膜12(13)は、組成がPb−1
0重量%SnまたはPb−5重量%Snとなる様に真空
蒸着により形成された薄膜である。
【0028】このハンダ膜12を用いてパッケージ2と
蓋3をハンダ付けするには、まず、材質が42アロイ板
からなる30mm×10mm×0.3mmの大きさの蓋
3の表面にNiメッキする。次に、当該蓋3の片面の所
定箇所に真空蒸着によりハンダ膜12を形成する。次
に、当該蓋3をパッケージ2の所定箇所に載置し、これ
らを例えばN2ガス雰囲気のコンベア炉等を用いて加熱
し、ハンダ膜12を溶融させてハンダ付けする。また、
パッケージ2とSiチップ4のハンダ付けも同様にして
行われる。
【0029】表1は、上記のハンダ膜12(実施例)と
従来のハンダ箔5(比較例)の各特性をそれぞれ比較し
たものである。ただし、表中におけるソフトエラーの発
生数は、1サンプルにつき500個試料を用意し、これ
らの試料を3000時間連続動作させた時に発生するソ
フトエラーを計測した。
【0030】
【表1】
【0031】表1から明らかな様に、実施例のハンダ膜
12では、ハンダ膜12が放出するα線放出量Rを比較
例と比べて大幅に減少させることができ、したがって、
この試験結果の範囲ではあるがソフトエラーの発生が全
くなくなっていることがわかる。
【0032】また、ハンダ膜13についてもハンダ膜1
2と全く同様の効果を得ることができる。
【0033】以上説明した様に、上記実施例のハンダ膜
12(13)によれば、ハンダ膜12(13)の厚みT
を40μm以下とし、このハンダ膜12(13)のα線
放出量Rが0.05cph/cm2以下となる様にこの
ハンダ膜12(13)の厚みTを決定することとしたの
で、ハンダ膜12(13)のα線放出量Rを低減するこ
とができる。
【0034】また、上記実施例のハンダ膜12(13)
を用いた半導体装置11によれば、ハンダ膜12を用い
てパッケージ2と蓋3をハンダ付けし、ハンダ膜13を
用いてパッケージ2とSiチップ4をハンダ付けするこ
ととしたので、ハンダ膜12(13)から放出されるα
線放出量Rが減少し、したがって、この半導体装置11
のソフトエラーの発生を大幅に減少させることができ
る。
【0035】以上により、ハンダ膜に含まれる放射性同
位元素から放射されるα線放出量を低減することができ
る半導体装置用ハンダ膜及びそれを用いた半導体装置を
提供することができる。
【0036】なお、本実施例のハンダ膜は、上記実施例
の組成に限定されることなく様々な組成を採ることが可
能である。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
記載の半導体装置用ハンダ膜によれば、Pb及びSnを
主成分とするハンダ膜の厚みを0.1mmとしたときの
該ハンダ膜が放出するα線放出量がA(cph/c
2)であり、前記ハンダ膜の厚みTが40μm以下で
あり、前記α線放出量A及び前記厚みTから次式 R=0.3×A×T1/3 により求められるα線放出量Rが、0.05cph/c
2以下である様に厚みTを決定してなることとしたの
で、前記ハンダ膜のα線放出量Rを低減することができ
る。
【0038】また、請求項2記載の半導体装置によれ
ば、パッケージと該パッケージ内の半導体素子を覆う蓋
との間に、Pb及びSnを主成分とするハンダ膜の厚み
を0.1mmとしたときの該ハンダ膜が放出するα線放
出量がA(cph/cm2)であり、前記ハンダ膜の厚
みTが40μm以下であり、前記α線放出量A及び前記
厚みTから次式 R=0.3×A×T1/3 により求められるα線放出量Rが、0.05cph/c
2以下である様に厚みTを決定してなるハンダ膜を介
装し、該ハンダ膜を加熱溶融することにより、前記パッ
ケージと前記蓋とを接合してなることとしたので、半導
体装置のソフトエラーの発生を大幅に減少させることが
できる。
【0039】また、請求項3記載の半導体装置によれ
ば、半導体素子とパッケージのリードフレームとの間
に、Pb及びSnを主成分とするハンダ膜の厚みを0.
1mmとしたときの該ハンダ膜が放出するα線放出量が
A(cph/cm2)であり、前記ハンダ膜の厚みTが
40μm以下であり、前記α線放出量A及び前記厚みT
から次式 R=0.3×A×T1/3 により求められるα線放出量Rが、0.05cph/c
2以下である様に厚みTを決定してなるハンダ膜を介
装し、該ハンダ膜を加熱溶融することにより、前記半導
体素子とパッケージのリードフレームとを接合してなる
こととしたので、半導体装置のソフトエラーの発生を大
幅に減少させることができる。
【0040】以上により、ハンダ膜に含まれる放射性同
位元素から放射されるα線放出量を低減することができ
る半導体装置用ハンダ膜及びそれを用いた半導体装置を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のハンダ膜のα線放出量Rとハンダ膜の
厚みTとの関係を示すグラフである。
【図2】本発明のハンダ膜を用いた半導体装置を示す一
部を破断した全体斜視図である。
【図3】図2のB−B線に沿う断面図である。
【図4】従来のハンダ箔を用いた半導体装置を示す一部
を破断した全体斜視図である。
【図5】図4のA−A線に沿う断面図である。
【符号の説明】
11 半導体装置 2 パッケージ 3 蓋 4 Siチップ 12,13 ハンダ膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Pb及びSnを主成分とするハンダ膜の
    厚みを0.1mmとしたときの該ハンダ膜が放出するα
    線放出量がA(cph/cm2)であり、前記ハンダ膜
    の厚みTが40μm以下であり、前記α線放出量A及び
    前記厚みTから次式 R=0.3×A×T1/3 により求められるα線放出量Rが、0.05cph/c
    2以下である様に厚みTを決定してなることを特徴と
    する半導体装置用ハンダ膜。
  2. 【請求項2】 パッケージと該パッケージ内の半導体素
    子を覆う蓋との間に、Pb及びSnを主成分とするハン
    ダ膜の厚みを0.1mmとしたときの該ハンダ膜が放出
    するα線放出量がA(cph/cm2)であり、前記ハ
    ンダ膜の厚みTが40μm以下であり、前記α線放出量
    A及び前記厚みTから次式 R=0.3×A×T1/3 により求められるα線放出量Rが、0.05cph/c
    2以下である様に厚みTを決定してなるハンダ膜を介
    装し、該ハンダ膜を加熱溶融することにより、前記パッ
    ケージと前記蓋とを接合してなることを特徴とする半導
    体装置。
  3. 【請求項3】 半導体素子とパッケージのリードフレー
    ムとの間に、Pb及びSnを主成分とするハンダ膜の厚
    みを0.1mmとしたときの該ハンダ膜が放出するα線
    放出量がA(cph/cm2)であり、前記ハンダ膜の
    厚みTが40μm以下であり、前記α線放出量A及び前
    記厚みTから次式 R=0.3×A×T1/3 により求められるα線放出量Rが、0.05cph/c
    2以下である様に厚みTを決定してなるハンダ膜を介
    装し、該ハンダ膜を加熱溶融することにより、前記半導
    体素子とパッケージのリードフレームとを接合してなる
    ことを特徴とする半導体装置。
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JPS6254598B2 (ja)

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Effective date: 19990629