JPH0639563B2

JPH0639563B2 - 半導体装置の製法

Info

Publication number: JPH0639563B2
Application number: JP1325234A
Authority: JP
Inventors: 太佐男曽我; 守沢畠; 誉也鈴木; 正剛行武; 文雄中野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-12-15
Filing date: 1989-12-15
Publication date: 1994-05-25
Anticipated expiration: 2009-05-25
Also published as: JPH0341146A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、半導体チップの電極端子をＣＣＢ法（Contro
lled Collapse Bonding法）により基板上の電極端子に
接合した後、樹脂により被覆してなる構造の半導体装置
の製法に関する。

〔従来の技術〕

このような構造の半導体装置が適用された具体的な一例
として、第１図に示す要部断面構造図のように、液晶表
示素子が形成されたガラス基板上に、その液晶表示素子
を駆動する半導体チップを載置したものが知られてい
る。即ち、ガラス基板１の上面に形成された電極端子２
と、シリコン半導体からなる半導体チップ（以下、Ｓｉ
チップと称する）３の下面に形成された電極端子４とを
対向配置し、これらの電極端子２，４間をＣＣＢ法によ
り形成されるはんだバンプ５によって接合し、次にシリ
コンゲル等の如き柔軟性を有する樹脂６を、ガラス基板
１とＳｉチップ３の空隙部に充填し、さらに、Ｓｉチッ
プ３の上面及び側面を炭酸カルシウムを混入したビスフ
ェニール型の低膨張エポキシ系樹脂７により被覆した構
造である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上述構造の半導体装置について、−４０℃←
→１００℃の温度条件で温度サイクル試験を行ったとこ
ろ、被覆のないもの（以下、裸チップと称する）よりも
耐熱疲労性がかなり劣るという結果が得られた。そこ
で、その原因を実験等により検討した結果、次に述べる
ような欠点があることが判った。

即ち、炭酸カルシウム粉をエポキシ樹脂に混入すると、
膨張係数が大きく下がるが、Ｓｉチップやガラス基板に
比較するとまだ大である。

一方、炭酸カルシウムの混入率を増すと樹脂の流動性、
柔軟性などが低下し、必ずしも耐熱疲労性は向上しな
い。

本発明の目的は、対向する電極端子間を接続する導電体
を介して半導体チップが基板上に載置され、チップと基
板の空隙部に樹脂が充填されてなる構造の半導体装置の
耐熱疲労性を向上させることができる半導体装置の製法
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の製法は、半導体チップを基板に空隙を介して略
平行に配置し、半導体チップの電極端子とこの電極端子
に対向させて基板に形成された電極端子とを導電体によ
り接続し、この導電体周囲の前記基板と前記半導体チッ
プとで挟まれる空隙部に樹脂組成物を流し込んだ後その
樹脂組成物を硬化させる工程を含んでなり、前記樹脂組
成物は、前記空隙部に自重により侵入する流動性を有す
ると、その樹脂よりも小さい熱膨張係数を有する無機材
料からなる第１の粉粒体３０乃至５５体積％及びゴム状
弾性体からなる第２の粉粒体１乃至２０重量部とを含有
する組成物としたのである。

つまり、無機材料からなる第１の粉粒体を混入したこと
によって樹脂組成物の熱膨張係数が十分低減され、また
ゴム状弾性体からなる第２の粉粒体を混入したことによ
って樹脂組成物の流動性と柔軟性が増加される。この流
動体の増加は、樹脂組成物の流入工程において、半導体
チップと基板の空隙部に樹脂組成物が侵入しやすくな
り、導電体、チップ、基板との密着が向上して耐熱疲労
性を向上させるとともに、作業性を良くする。また、樹
脂組成物の柔軟性の増加は、導電体、チップ、基板との
接合部の応力集中を緩和し、耐熱疲労性の向上をもたら
す。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。まず、本発
明の一実施例の被覆樹脂材料について説明する。エポキ
シ樹脂の熱膨張係数α_ROは約100×10^-6／℃であり、半
導体チップ、例えばＳｉチップの熱膨張係数α_Si；３×
10^-6／℃や、基板、例えばガラス基板のソーダガラスの
熱膨張係数α_Ｇ；9.33×10^-6／℃に比べて大きい。一般
に、耐熱疲労性を向上させるには、熱膨張係数が半導体
チップや基板のそれに近い被覆樹脂を適用することが望
ましい。

そこで、エポキシ樹脂に炭酸カルシウムや石英粉等の如
き、熱膨張係数の小さな無機材料（以下、低膨張化材と
称する）を混入して低膨張化するようにしている。例え
ば、体積にして５０％の石英粉を混入すると、熱膨張係
数がα_Ｒは約２５×１０^-6／℃に低下する。しかし、混
入率を高くするにしたがって樹脂の粘度が高くなり、流
動性が低下する。流動性が低下すると、被覆工程におい
ては、はんだバンプ周囲の空隙部に樹脂が侵入しにくく
なって、空隙部が残ったり、基板との密着性が低した
り、被覆の作業性が低下するという問題が生ずる。この
結果、逆に耐熱疲労性及び耐湿性が低下してしまうこと
がある。また、混入率を高くすると樹脂の柔軟性が低下
して、基板との接着部に応力が集中するため、この応力
によりガラス等の基板が破損されてしまうことがある。

したがって、単に低膨張化材を混入して低膨張化するだ
けでは、耐熱疲労性の向上に一定の限度があるため、さ
らにその流動性及び柔軟性を改善する必要がある。

そこで、本発明は低膨張化材に加えて粒状の弾性材料、
例えばポリブタジエンやシリコン等のゴム粒子を分散混
入し、これによって柔軟性及び流動性を向上させようと
するものである。つまり、被覆樹脂内のゴム粒子は応力
緩衝材とし作用するので柔軟性が向上して応力集中や歪
が緩和されることから、これによって耐熱疲労性を向上
させようとするものである。また、粒状のゴム粒子の作
用によって流動性を向上させようとするものである。し
かし、後述するように、ゴム粒子の混入率にも最適な範
囲がある。例えば、粒径１μｍレベルのポリブタジエン
（ＣＴＢＮ１３００×９）からなるゴム粒子を混入し
た場合、エポキシ樹脂に対するゴム粒子の重量比を１０
０対２０以上（以下、重量部または単に部と称し、例え
ば２０部以上と表現する）にすると、ゴム粒子の分散が
不均一になってしまうとともに、ポリブタジエンの熱膨
張係数α_PBは約８０×１０^-6／℃と大きいので、混入後
の被覆樹脂の熱膨張係数α_Ｒが大となってしまい、耐熱
疲労性を低下させる原因となるのである。また、流動性
向上の効果にあっても、飽和現象があるので大幅向上は
期待できない。

これらのことを、実施例を用いて行った実験結果に基づ
いて説明する。第１表に、エポキシ樹脂（ＥＰ−８２
８）を主材料とし、粒径約１μｍの石英粉を低膨張化材
とし、粒径約１μｍのポリブタジエンの均一なゴム粒子
を緩衝材とし、それらの混入率の異なる種々の樹脂によ
り被覆した半導体装置を試料として、前述と同一の温度
サイクル試験を行った判定結果を示す。

試験に用いた試料の基板、半導体チップ及びはんだバン
プは第１図図示と同一構成のものとし、空隙部への樹脂
の充填は基板を傾斜させて樹脂を流し込む周知の方法に
より、半導体チップ上面の樹脂は周知のポッティングに
よった。また、判定は、樹脂被覆を施さない裸チップの
ものに比較して、早いサイクルにて故障に至った試料を
不合格として×印で示し、合格したものについては故障
率を基準に、優れている順に○、△印で示した。

故障率の一例として、第２図（Ａ）に石英粉の混入率を
３５体積％に固定し、ポリブタジエンゴム粒子の混入率
を変化させた場合を、第２図（Ｂ）にポリブタジエンゴ
ム粒子の混入率を１０部に固定し、石英粉の混入率を変
化させた場合を、それぞれ示す。

なお、第２図（Ａ），（Ｂ）図中実線で示したものは、
１サイクル／１時間の温度サイクル試験を９００サイク
ル行った例であり、図中点線で示したものは同様に５０
０サイクルの例である。また、被覆樹脂には硬化温度を
低くするための添加剤、例えば硬化促進剤としてイミダ
ゾル（２Ｐ４ＭＨＺ）を５重量％、硬化剤としてジシア
ンジアミドを１０重量％、シランカップリング剤（Ａ−
１８７）を２重量％等を混入し、硬化温度１３０℃、硬
化温度１時間として基板の熱的影響を避けるようにし
た。

第１表に示す判定結果から、低膨張化剤と緩衝剤の混入
効果について考察する。まず、ボリブタジエンの混入率
が０部、即ち石英粉のみを混入した試料は、全て裸チッ
プのものより悪い判定結果となっているが、樹脂被覆さ
れた試料相互間で定量的に比較すると、石英粉の混入率
を高めるにしたがい熱疲労寿命が増大されるということ
を実験で確認している。但し、石英粉の混入により流動
性が低下して、Ｓｉチップ３下側とはんだバンプ５の周
囲への浸透が悪くなるので、この点からみて、石英粉の
混入率は６０体積％が限界である。

一方、ポリブタジエンは若干混入するだけで、第２図
（Ａ）に示すように、急激に故障率が低下されており、
緩衝材及び流動化材としての効果が顕著に表れ、耐熱疲
労性において裸チップよりも優れた特性が得られた。但
し、ポリブタジエン混入率を高くすると、前述したよう
に、その分散が不均一となり、耐熱疲労性が低下する。

これらのこと及び第１表から、石英粉の混入率は３０〜
５５体積％、ポリブタジエンゴム粒子の混入率は１〜２
０部の範囲に選定することにより、裸チップよりも優れ
た耐熱疲労性のものとすることができる。例えば、石英
粉５０体積％、ポリブタジエン５部を混入したものの耐
熱疲労性（寿命）は、裸チップの３倍以上であり、信頼
性が大幅に向上された。

なお、低膨張化材としては石英の他、炭酸カルシウム、
炭化シリコン、窒化シリコン、または酸化ベリリウム混
入の炭化シリコン等の如き、いわゆる熱膨張係数の小さ
な無機材料が適用可能であり、同一の効果が得られる。
この低膨張化材の粒径にあっても、上記実施例の１μｍ
に限られるものではない。

また、弾性材としてはポリブタジエンゴム粒子の他、シ
リコンゴム粒子等の如き、いわゆる弾性の大きなゴム粒
子が適用可能であり、その粒径にあっても、１μｍに限
られるものではない。

次に、樹脂被覆の形状について説明する。

前述したように、石英粉等の低膨張化材を混入しても、
エポキシ樹脂の熱膨張係数α_Ｒはソーダガラスや半導体
チップに比べてまだ大きな値である。そして、それらの
部材間の熱膨張量の差により生ずる応力によって半導体
チップ、はんだバンプ、ガラス基板、又はそれら部材の
接続部が破損されるのである。実験によると、はんだバ
ンプと半導体チップとの接続部が、繰返し応力に対して
最も弱いことが判った。

そこで、その接続部に発生する応力を低減することがで
きる樹脂被覆の形状、即ち、半導体チップ上面の被覆厚
みと、半導体チップ周辺部の被覆幅について、有限要素
法により求めた。

即ち、半導体チップ上面の被覆厚みｔmmとしたとき、は
んだバンプと半導体チップの接続部にかかる最大応力
（破損に関係する引張応力）を求め、第３図（Ａ）に裸
チップにおける最大引張応力に対する比率として示し
た。なお、第３図（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、ガラス
基板１、半導体チップ３は６mm角のＳｉチップ、はんだ
チップ５は球欠体形状のものとし、樹脂被覆７は全体幅
Ｌを１５mm角一定としたものをモデルとし、図示矢印９
の方向の最大応力を求めたものである。矢印９の位置に
おける応力は、温度が室温（２０℃）から１００℃に変
化したときは引張応力となり、室温（２０℃）から−４
０℃に変化したときは圧縮応力になる。また、樹脂はエ
ポキシ樹脂に石英粉のみを混入した流動性の劣るものと
し、基板１とチップ３のとの間に空隙８が生じたものを
モデルとした。

第３図（Ａ）から明らかなように、被覆厚みｔが増すに
つれて、半導体チップ３とはんだバンプ５の接続部にか
かる最大引張応力が大きくなることから、被覆厚みｔは
薄いほどよいということになるが、機械的保護及び耐湿
性保持から許容最小厚みが制限され、ｔは１±０．５mm
の範囲で選定することが望ましい。

一方、第４図（Ａ）に半導体チップの周辺に形成される
樹脂被覆の幅と、前記接続部にかかる最大応力との関係
を示す。なお、モデルは第４図（Ｂ),(Ｃ）に示すよう
に第３図（Ｂ),(Ｃ）と同様のものであり、被覆厚みｔ
を１．５mm一定、半導体チップ３の幅を２ａ、半導体チ
ップ端縁から被覆外縁までの寸法、即ち半導体チップ周
辺領域に形成される被覆の幅をｌとした。

第４図（Ａ）に示すように、ｌ／ａが増すにつれて最大
引張応力が現象する傾向にある。このことは、周辺域の
被覆幅ｌが広くなると、被覆幅ｌの中心（図示Ｂ，
Ｂ′）より内側の被覆が温度上昇時に内側方向に伸び、
これによって半導体チップ３に対して圧縮方向に応力が
作用すると考えられる。なお、このことは計算によって
確認している。

したがって、ｌ／ａを大にすれば最大引張応力を減少す
ることができる。即ち、被覆樹脂の熱膨張係数が大であ
っても、被覆形状を適切なものとすることにより、裸チ
ップのものより耐熱疲労性を向上させることができる。
しかし、ｌ／ａ≧３．０以上にしても、最大引張応力の
低減効果が小さくなる反面、ガラス基板１と樹脂被覆７
との接合部のガラス破損が起こりやすくなること、及び
樹脂被覆１４全体の面積的制限を考慮すると、ｌ／ａは
２〜３が望ましい範囲である。因に、最適な形状の一例
を示せば、半導体チップ上面の被覆厚みｔは０．５mm、
ｌ／ａは２となる。

次に、はんだバンプの形状について説明する。

上述した被覆樹脂材料及び被覆う形状についての実施例
では、はんだバンプの形状が球欠体の場合として説明し
たが、樹脂の変形に追従できるはんだバンプ形状、又は
はんだバンプにかかる応力を低減できる形状にすれば、
耐熱疲労性は飛躍的に向上される筈である。

そこで、はんだバンプの形状を第５図（Ａ）〜（Ｄ）に
示す形状に形成し、熱疲労寿命と機械的強度とを実験的
に求めた。なお、第５図（Ａ）〜（Ｄ）に示すはんだバ
ンプは全て同一体積とし、ＣＣＢ法において半導体チッ
プと基板との間隙寸法を変えることによって、はんだバ
ンプの高さ及び中央部の径ｂを変えた。

第６図は上述のように形成されたはんだバンプを有する
裸チップに対し、縦横の強制歪を与えたとき、熱疲労寿
命及び機械的強度がどのようになるかを示した線図であ
る。同図において、横軸にはんだバンプの中央の径ｂと
端子径ｃの比ｂ／ｃをとり、縦軸に第５図（Ｄ）に示す
球欠体型の熱疲労寿命を１とし、これに対する各形状の
熱疲労寿命を比で示すとともに、同様に圧縮強度又は引
張強度からなる機械的強度の比で示した。

第６図図示曲線（Ｉ）に示すように、熱疲労寿命特性
は、ｂ／ｃが大になるほど、即ち球欠体形状になるほど
急激に悪くなることが判る。このことは、はんだバンプ
内の応力分布がその形状によて大きく異なっているため
である。即ち、第５図（Ａ），（Ｂ）に示したｂ／ｃ＜
１のいわゆるつづみ型のはんだバンプにかかる応力を有
限要素法により求めたところ、第７図（Ａ）に示す分布
となることが判った。同図において、矢印は各区画領域
における応力の方向とその大きさを表しており、応力は
ほぼ一様に分布していることが判る。これに対し、第５
図（Ｄ）に示したｂ／ｃ＞１の球欠体型のはんだバンプ
の場合は、第７図（Ｂ）に示す応力分布となり、両端の
接合界面部に応力が集中し、この部分から熱疲労破断が
発生する。

また、はんだバンプの高さが大になるつづみ型ものにあ
っては、一定量の変形に対して歪は相対的に小さくなる
ことから、熱疲労寿命が向上されるのである。しかし、
ｂ／ｃをさらに小さくした極端なつづみ型にすると、応
力が中央部に集中するようになるのと、第６図図中曲線
（II）で示す機械的強度が低下するので、はんだバンプ
が破断してしまうことから、熱疲労寿命の増大がおさえ
られてしまう。

従って、はんだバンプの形状は少なくともｂ／ｃ＝１の
円柱型とし、好ましくは０．５≦ｂ／ｃ＜１の範囲のつ
づみ型とするのがよい。

ところで、上述は裸チップのものであるが、樹脂被覆を
施したものの場合は、樹脂の熱膨張係数が大であること
から、はんだバンプの形状としては大きな変形量に対し
て追従できるものが望ましい。この点についても、つづ
み型は高さが大きいことから、前述したように、一定変
形量に対し相対的に歪が小さくなるので望ましいことに
なる。例えば、第８図（Ａ）に示すように、はんだバン
プ１０はつづみ型のものとし、低膨張化エポキシ樹脂か
らなる樹脂被覆１１を施した場合、はんだバンプ１０に
作用する変形応力は、同図（Ｂ）の矢印１２，１３に示
す縦・横方向に作用する。

第８図（Ａ），（Ｂ）図示のものにおいて、ガラス基板
１の熱膨張係数をα_ｇ，Ｓｉチップ３の熱膨張係数をα
_Si、樹脂被覆１１の熱膨張係数をα_Ｒ、横方向最大変形
量をΔｌ_ｘ、縦方向最大変形量をΔｌ_ｙ、Ｓｉチップ３
の１辺を２ａ、はんだバンプ１０の高さをｈ、せん断歪
をγ、軸方向歪をε、温度変化量をΔＴ、定数をｋ_１，
ｋ_２，Ａ、合計歪をＥ、熱疲労寿命をＮ_ｆとすると、次
式(1)〜(5)が成立する。

これらの式から、はんだバンプの高さｈが大であれば、
樹脂被覆の熱膨張によって生ずるΔｌ_ｘ，Δｌ_ｙに対
し、歪γ，εは小さくなる。

したがって、つづみ型のはんだバンプとすることによ
り、はんだバンプ高さｈが大であることから歪が小さく
なり、しかも応力集中が緩和されることから、はんだバ
ンプと半導体チップとの接合部の破損が低減されて、耐
熱疲労性が著るしく向上するという効果がある。

なお、はんだの熱膨張係数は約２５×１０^-6／℃程度で
あり、低膨張化エポキシ樹脂と同等であることから、は
んだバンプ自体が樹脂被覆によって拘束されることは少
ない。

以上、本発明の被覆樹脂材料、被覆形状、及びはんだバ
ンプ形状をそれぞれ個別に適用した実施例について説明
したが、それらの実施例を組み合わせることによって、
一層耐熱疲労特性に優れたものとすることができること
は言うまでもない。

なお、半導体チップの半導体素子が形成されている面
は、はんだバンプが接合されている面であるが、一般に
この面にはＳｉＯ_２又はポリイミドなどの薄膜により保
護されている。しかし、はんだバンプが接合される部分
はそれらの薄膜が形成されていないため、耐湿性の問題
について考察する。一般に知られているＤＩＰ（Dual I
nline Package）型の樹脂モールド半導体装置にあって
は、リードフレームのタブ上にＳｉチップが接続され、
素子側の端子はアルミニウム（Ａｌ）線を超音波ボンデ
ィング法により接続し、その全体を樹脂モールドした構
造となっている。ところが、リード線と樹脂の界面を伝
わって水分が侵入し、さらにＡｌ線にまで伝わってＡｌ
線を腐食したり、Ａｌ線と素子の接合界面を腐食させて
断線等の故障が発生していた。

しかし、本発明に係るＣＣＢ法により形成された構造の
樹脂被覆されたものによれば、樹脂被覆部分に上記ＤＩ
Ｐのリードの如き引出し線が無いこと、半導体チップ周
囲の被覆幅が大きいのでガラス基板と樹脂の界面から水
分は侵入しにくいこと、及びはんだ（Ｐｂ−５％Ｓｎ，
Ｐｂ−６０％Ｓｎ）はＡｌ線に比べて耐食性に優れてい
ることなどから、総じて耐湿性に優れていると言うこと
ができる。

さらに、厳しく耐湿性を要求される場合には、第９図に
示すように、柔軟なシリコンゲル１４を半導体チップ３
の下に充填する２液被覆法が有効である。シリコンゲル
１４は柔軟なことからはんだバンプ５表面、ガラス基板
１表面及び半導体チップ３表面との馴じみが良く、水分
の侵入を阻止することがてきる。しかし、シリコンゲル
１４の熱膨張係数は約１００×１０^-6／℃と大きいの
で、はんだバンプ５の表面を薄く被覆する程度が望まし
い。また、樹脂被覆１１とガラス基板１との界面に防湿
効果を有するアクリル樹脂膜１５を予め薄くコーティン
グしておくと、ガラス割れを防止することができる。

次に、第１０図に示した一実施例装置により、はんだバ
ンプ形状を所望のつづみ型に形成する方法について説明
する。

第１０図に示す装置は、ガラス基板１に半導体チップ３
をＣＣＢ法により接合する装置である。また、ガラス基
板１は液晶表示装置の表示素子１６の基板を兼ねている
ものの例である。

本製法は、ソーダガラス等のガラス基板１は急激に加熱
すると割れる恐れがあり、また液晶の表示素子１６等に
対する熱影響を軽減するため、半導体チップ３を予熱し
た後、ガラス基板１を透過させて赤外線をはんだバンプ
５に一定時間照射して溶融させ、そして半導体チップ３
とガラス基板１の間隔を引き伸して、はんだバンプ５の
形状を所望形状に形成しようとすることにある。

第１０図に示すように、予め蒸着法等により電極端子面
にはんだが盛られた半導体チップ３を、その電極端子面
を上側にして予熱板２１上に載置する。その半導体チッ
プ３の上にガラス基板１を対向する電極端子の位置を合
わせて載置する。液晶の許容温度は最大１３０℃である
ことから、予熱板２１とは熱的に遮へいするようにして
いる。はんだの組成は耐熱疲労性に優れたＰｂ−５％Ｓ
ｎ（融点約３１０℃）とし、電極端子上のはんだに予め
ロジン系フラックスを塗布した。

接合工程を第１１図に示したはんだバンプ５の実測温度
の時間変化曲線を参照しながら説明する。

まず、予熱ヒータ２２により半導体チップ３側から接合
部全体を１００℃程度に予熱する。しかる後、赤外線ラ
ンプ２３によりはんだバンプ５部に赤外線を照射する。
次に、はんだが溶融すると同時にチップ吸引装置２４を
駆動して、基板１と半導体チップ３の間隔を所定間隔２
５に引伸ばす。これと同時に、赤外線ランプ２３、予熱
ヒータ２２を切り、冷却管２６に冷却水を通して冷却
し、はんだバンプを凝固させるようにする。なお、はん
だの溶融時間は約１５秒であり、その間にチップ吸引装
置２４が作動して初期間隔２７から所定間隔２５に引伸
ばされる。この引伸ばしに要する時間は約１秒程度であ
る。また、はんだバンプ５の形状は、予熱板２１の突起
高さ２８を調整することにより変えられることができ
る。

なお、はんだ組成は、上記のものに代えて、Ｐｂ−６０
％Ｓｎ（融点１９１℃）を用いてもよく、その場合低融
点でＣＣＢ接合可能であることから、熱影響を避けたい
基板等の場合には好適である。

また、アルミナ基板等のように赤外線を透過しないもの
には適用することはできず、周知の方法（特開昭５０−
１３１６４７号公報）の如く、半導体チップ側から加熱
溶融させるようにしなければならない。

上述の製法は、上面に電極膜の形成されたガラス基板
に、半導体チップをＣＣＢ接合してなる構造のものに適
用した実施例であるが、以下に述べる構造を有する半導
体装置にも適用可能であり、同様の効果を得ることがで
きる。

第１２図に示す実施例は、スルーホールピン型の低膨張
多層プリント基板３１に適用したものであり、同図
（Ａ）は断面構造図、（Ｂ）は半導体チップ３の下面
図、（Ｃ）は多層プリント基板３１の下面図である。図
に示すように、電極端子数の多い半導体チップ（例えば
超ＬＳＩにあっては端子数が２００個以上にも達する）
の場合、ワイヤボンディング方式で基板の端子と接続す
ることは困難である。したがって、ＣＣＢ法による接合
構造が好適であり、上記製法を適用することによって、
耐熱疲労性に優れた信頼性の高いものとすることができ
る。

なお、多層プリント基板３１としては、ガラスもしくは
セラミック材料からなる単一基板、又はガラス繊維含有
エポキシ、ガラス繊維含有ポリイミドもしくは高弾性率
高強力繊維を含有するエポキシ又はポリイミド多層基板
等が知られている。なお、高弾性率高張力繊維の具体例
としては、ケプラー（米国デュポン社製）が知られてい
る。また、多層セラミック基板等にも適用可能なことは
言うまでもない。

第１３図は、第１２図図示実施例のものに放熱フィン３
３をはんだ３４により取付けたものである。半導体チッ
プ３の上面にＣｒ−Ｃｕ−Ａｕをメタライズし、はんだ
３４ははんだバンプ５よりも一段低融点のはんだを用い
る。例えば、はんだバンプ５がＰｂ−５％Ｓｎてあれ
ば、はんだ３４はＰｂ−６０％Ｓｎ，Ｓｎ−３．５％Ａ
ｇ（融点約２２０℃）、Ａｕ−２０％Ｓｎ（融点２８０
℃）等を用いる。また、半導体チップ３の発熱量によっ
て、要求される放熱特性が緩やかな場合には、第１４図
に示すように、放熱フィン３３を樹脂接着とすれば、被
覆樹脂により一度で接合させることができ、製作工程が
簡単化される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の製法によれば、対向する
電極端子間を接続する導電体を介して半導体チップが基
板上に載置され、チップと基板の空隙部に樹脂が充填さ
れてなり、耐衝撃、耐振動等に優れている構造の半導体
装置の耐熱疲労性を向上させた、半導体装置を提供でき
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の断面構造図、第２図（Ａ），（Ｂ）は
それぞれ本発明の製法により形成された一実施例の半導
体装置の故障率を示す線図、第３図（Ａ）は被覆厚と応
力との関係の一例を示す線図であり、同図（Ｂ），
（Ｃ）はその説明図、第４図（Ａ）は半導体チップ幅に
対する被覆幅と応力との関係の一例を示す線図であり、
同図（Ｂ），（Ｃ）はその説明図、第５図ははんだバン
プの形状図、第６図ははんだバンプ形状と熱疲労寿命及
び機械的強度との関係を示す線図、第７図（Ａ），
（Ｂ）ははんだバンプの応力分布図、第８図（Ａ）は本
発明の製法により形成された一実施例の半導体装置の断
面構造図、同図（Ｂ）は説明図、第９図は本発明製法に
かかる他の実施例の断面構造図、第１０図は本発明法の
適用されたＣＣＢ接合法による装置の構成図、第１１図
は第１０図図示実施例の動作説明のためのはんだバンプ
温度を示す線図、第１２図（Ａ）〜（Ｃ）、第１３図及
び第１４図は本発明製法にかかる他の実施例の構造図で
ある。１……ガラス基板、２……電極端子、３……半導体チッ
プ、５……はんだバンプ、７，１１……被覆樹脂、１０
……はんだバンプ、１５……アクリル樹脂膜、３１……
多層プリント基板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 23/31 (72)発明者行武正剛茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者中野文雄茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (56)参考文献特開昭57−180626（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−131223（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】この半導体チップの電極端子とこの電極端
子に対向させて前記基板に形成された電極端子とを導電
体により接続し、この導電体周囲の前記基板と前記半導
体チップとで挟まれる空隙部に樹脂組成物を流し込んだ
後、その樹脂組成物を硬化させる工程を含んでなり、前
記樹脂組成物は、前記空隙部に自重により侵入する流動
性を有する熱硬化性樹脂と、その樹脂よりも小さい熱膨
張係数を有する無機材料からなる第１の粉粒体３０乃至
５５体積％及びゴム状弾性体からなる第２の粉粒体１乃
至２０重量部とを含有する組成物であることを特徴とす
る半導体装置の製法。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記熱硬
化性樹脂はエポキシ樹脂であり、前記第１の粉粒体は石
英、炭化シリコン、窒化シリコン、炭酸カルシウム、及
び酸化ベリリウムの混入された炭化シリコンの少なくと
も１つからなり、前記第２の粉粒体はポリブタジエンゴ
ム及びシリコンゴムの少なくとも１つからなることを特
徴とする半導体装置の製法。
【請求項３】特許請求の範囲第１項または第２項のいず
れかにおいて、前記基板はガラス若しくはセラミック材
料からなる単一基板、またはガラス繊維含有エポキシ、
ガラス繊維含有ポリイミド若しくは高弾性率高強力繊維
を含有するエポキシまたはポリイミド多層基板であるこ
とを特徴とする半導体装置の製法。