JPS6165442A - 半導体パツケ−ジ構造体 - Google Patents
半導体パツケ−ジ構造体Info
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- JPS6165442A JPS6165442A JP18638084A JP18638084A JPS6165442A JP S6165442 A JPS6165442 A JP S6165442A JP 18638084 A JP18638084 A JP 18638084A JP 18638084 A JP18638084 A JP 18638084A JP S6165442 A JPS6165442 A JP S6165442A
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- JP
- Japan
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- solder
- lead
- tin
- eutectic
- weight
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
- B23K35/262—Sn as the principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means 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
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/013—Alloys
- H01L2924/0132—Binary Alloys
- H01L2924/01322—Eutectic Alloys, i.e. obtained by a liquid transforming into two solid phases
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/341—Surface mounted components
- H05K3/3431—Leadless components
- H05K3/3436—Leadless components having an array of bottom contacts, e.g. pad grid array or ball grid array components
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
- H05K3/3463—Solder compositions in relation to features of the printed circuit board or the mounting process
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。
め要約のデータは記録されません。
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かつ機械的
に結合するための微細かつ多数の微小はんだ群の組成を
調節して、改良された耐熱疲労寿命の付与されたパッケ
ージ購遺体に関する。
に結合するための微細かつ多数の微小はんだ群の組成を
調節して、改良された耐熱疲労寿命の付与されたパッケ
ージ購遺体に関する。
半導体基体を誘電体基板に結合するに適する方法は、（
１）米国特許公報第３４２９０４０号に開示されている
如く、約５ないし４０重量％錫及び９５ないし６０ｆｉ
量％鉛のはんだ組成物を出融（ｒｅ ｆ Ｉ ｏｗ）せ
しめて相互に接続することである。ここで示されておる
組成のはんだは鉛の比率が錫よシも多く（鉛ペース）！
わらかい性質を有しており、半導体基体と誘電体基板の
熱膨張係数の差に基づく熱歪を有効に吸収できると考え
られている。このような考え方で半導体基体を鉛ペース
はんだを用いてその支持基板に結合する技術は層も一般
的に行なわれており、９Ａ１えげ（２）日本特許公開公
報ＷＵ昭５１−１３０２８５号に接着面にニッケル層を
有する半導体チップと金属製支持体とを１．０〜ｚＯ重
量％の銀と１．５〜４５重量％の場と９３．５〜９７．
５重ｆｉＬ％の鉛とからなるはんだで接着したダイボン
ディング構造が開示されている。また、３６ないし４０
重量％の鉛と６４ないし６０重量％の錫とからなるはん
だは共晶系はんだと呼ばれ、超塑性現象のために半導体
基体と支持基板の熱膨張係数の差に基づく熱歪を有効に
吸収できると考えられている。このような考え万で半導
体基体を共晶系はんた金山いてでの丸ｊ−Ｆ ：ｊｆｉ
’Ｎン・ニー、□ｄｒる（芝・、ト了も一般的にＴＴ
ｉｖｔｔてお９、ｔｌＪ 疋ぼ＋：３）Ｓａｔ ＋ｄ
ｄｌａｌｅ１’ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 、 Ｊｕｌｙ 、
５４ （１９７０） （Ｃｊ−・けるり。
１）米国特許公報第３４２９０４０号に開示されている
如く、約５ないし４０重量％錫及び９５ないし６０ｆｉ
量％鉛のはんだ組成物を出融（ｒｅ ｆ Ｉ ｏｗ）せ
しめて相互に接続することである。ここで示されておる
組成のはんだは鉛の比率が錫よシも多く（鉛ペース）！
わらかい性質を有しており、半導体基体と誘電体基板の
熱膨張係数の差に基づく熱歪を有効に吸収できると考え
られている。このような考え方で半導体基体を鉛ペース
はんだを用いてその支持基板に結合する技術は層も一般
的に行なわれており、９Ａ１えげ（２）日本特許公開公
報ＷＵ昭５１−１３０２８５号に接着面にニッケル層を
有する半導体チップと金属製支持体とを１．０〜ｚＯ重
量％の銀と１．５〜４５重量％の場と９３．５〜９７．
５重ｆｉＬ％の鉛とからなるはんだで接着したダイボン
ディング構造が開示されている。また、３６ないし４０
重量％の鉛と６４ないし６０重量％の錫とからなるはん
だは共晶系はんだと呼ばれ、超塑性現象のために半導体
基体と支持基板の熱膨張係数の差に基づく熱歪を有効に
吸収できると考えられている。このような考え万で半導
体基体を共晶系はんた金山いてでの丸ｊ−Ｆ ：ｊｆｉ
’Ｎン・ニー、□ｄｒる（芝・、ト了も一般的にＴＴ
ｉｖｔｔてお９、ｔｌＪ 疋ぼ＋：３）Ｓａｔ ＋ｄ
ｄｌａｌｅ１’ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 、 Ｊｕｌｙ 、
５４ （１９７０） （Ｃｊ−・けるり。
Ｕｏｓｗｅ Ｉ Ｉ ｌ′こよる「、５ｌｅｃｈａｎｉ
ｃａｌ ｌ）ｅｓｉｇｎ ｏｆ（：ｌ＋ｉｐ Ｃｏｍｐ
ｏｎｅｒ＋＋ｓ ｆｏｒ ”Ｆｌｉｐ″、ｔｎｄ ５ｈ
ｏｒｔＢｅａ” Ｌヒａｄ〜１ｏｕ” ” ｎｇＪ
トａ １−６ Ｑ 文’／コオイテ、２端子コ／デ／す
素すを４０Ｍ量石の鉛と６０重Ｑヲチの錫とから１６１
・よんだによりアルミナ基板上の配線に、ｉんた付した
購造が開示さｌｔｃい。っ以上の引Ｖ］で示したように
、半導体基体とｄ４体基板間を倣、柚かつ多数の減小は
んだ群を用いて一気的かつ機械的に結合す［Ｆ］パノグ
ージ構造体における微小はんた群の組成としては、鉛ベ
ース系あるいは共晶系のＯよんだＶＣ限しれている。鉛
ベース系及び共晶系のいｒれＶこも瞑きない鉛−錫系の
（グんだは、信頓性の点で鉛ベース系ｆＤ０いは共晶系
のはんたＶこ比べて劣ると考えらｔｔ、従来の爺見に基
づく盾誠では使用と避けるのが一般的であったためでろ
り。即し、鉛ベース系あるいは共晶峯全外れる組成域、
例えば２５重潰チの鉛と７５虜量壬つ錫とからｌろ、ま
んたで−４、Ｊυ品がα、晒各−丁二で全くβ姐鼾本で
ｂるとともにβ７も：＋ｊＧ本１川（ブイ、こ共晶組織
が存吊してａＵ、Ｖ形注北士低Ｙさせ、また政細な共晶
に１．織中に超塑性１μ’＋Ｉｋ＋］ｔ！−已Ｗ晶β固
溶イ・仁が件任すもことによって５２１妃形注北が低−
ドし、棲鼾児音βを扛り、ユんた自ｊ’ｊ” Ｌ ｒ
＋ま浸続部に連なって配置されている被凄にλ部付が損
傷全文ける懸念があったからであ乙。こＤＬうな凌はに
より、上を己鉛ベース系また（１共晶系ｊスタシ７つ伍
成城に属するはんだを開用した場合のイｚ頓惟向上と目
ｉ’Ｊとしたデ続プロセスの倹ｌ・土も十分でなく、工
築的に成二つブシセスが−ｌ立されて４いのが夫悄又ら
るつ 〔発明の目的〕 本発明の目的は半導体基体と誘ζ体基板間を一気的かつ
機成ηに結合するプこめの微んθ・つ多数の微小はんだ
群の組成をｙＡ節して、改良された討熱疲労寿給の付与
きれたパノクージ薄造坏と提供することでおるっ 〔発明の致要〕 本発明の半導体パッケージ構造体は、錫が重量比で６５
％を越え８０％未満含有されそして残部が実買的に鉛で
ありかつ大きな粒径のβ初晶の周囲を比較的大きな粒径
の共晶が包囲する組織全車するはんだを用いたａ細かつ
多数の微小はんだ群 。
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ｏｎｅｒ＋＋ｓ ｆｏｒ ”Ｆｌｉｐ″、ｔｎｄ ５ｈ
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トａ １−６ Ｑ 文’／コオイテ、２端子コ／デ／す
素すを４０Ｍ量石の鉛と６０重Ｑヲチの錫とから１６１
・よんだによりアルミナ基板上の配線に、ｉんた付した
購造が開示さｌｔｃい。っ以上の引Ｖ］で示したように
、半導体基体とｄ４体基板間を倣、柚かつ多数の減小は
んだ群を用いて一気的かつ機械的に結合す［Ｆ］パノグ
ージ構造体における微小はんた群の組成としては、鉛ベ
ース系あるいは共晶系のＯよんだＶＣ限しれている。鉛
ベース系及び共晶系のいｒれＶこも瞑きない鉛−錫系の
（グんだは、信頓性の点で鉛ベース系ｆＤ０いは共晶系
のはんたＶこ比べて劣ると考えらｔｔ、従来の爺見に基
づく盾誠では使用と避けるのが一般的であったためでろ
り。即し、鉛ベース系あるいは共晶峯全外れる組成域、
例えば２５重潰チの鉛と７５虜量壬つ錫とからｌろ、ま
んたで−４、Ｊυ品がα、晒各−丁二で全くβ姐鼾本で
ｂるとともにβ７も：＋ｊＧ本１川（ブイ、こ共晶組織
が存吊してａＵ、Ｖ形注北士低Ｙさせ、また政細な共晶
に１．織中に超塑性１μ’＋Ｉｋ＋］ｔ！−已Ｗ晶β固
溶イ・仁が件任すもことによって５２１妃形注北が低−
ドし、棲鼾児音βを扛り、ユんた自ｊ’ｊ” Ｌ ｒ
＋ま浸続部に連なって配置されている被凄にλ部付が損
傷全文ける懸念があったからであ乙。こＤＬうな凌はに
より、上を己鉛ベース系また（１共晶系ｊスタシ７つ伍
成城に属するはんだを開用した場合のイｚ頓惟向上と目
ｉ’Ｊとしたデ続プロセスの倹ｌ・土も十分でなく、工
築的に成二つブシセスが−ｌ立されて４いのが夫悄又ら
るつ 〔発明の目的〕 本発明の目的は半導体基体と誘ζ体基板間を一気的かつ
機成ηに結合するプこめの微んθ・つ多数の微小はんだ
群の組成をｙＡ節して、改良された討熱疲労寿給の付与
きれたパノクージ薄造坏と提供することでおるっ 〔発明の致要〕 本発明の半導体パッケージ構造体は、錫が重量比で６５
％を越え８０％未満含有されそして残部が実買的に鉛で
ありかつ大きな粒径のβ初晶の周囲を比較的大きな粒径
の共晶が包囲する組織全車するはんだを用いたａ細かつ
多数の微小はんだ群 。
に工９半導体基体と誘直体基板間を電気的かつ機械的に
結合した半一ン体パノクージ信造体でろる。
結合した半一ン体パノクージ信造体でろる。
本発明者らが種々倹討した結果、鉛と錫を主成分とする
ｉｉんだ材を用いて半導体基体と誘、ｆ体層板間を電気
的かつ機械的に結合して樽られたパッケージ得遺体は、
はんだ組成が鉛２５重量％、錫７５重量％で該はんだが
大きな粒径のβ初晶の周囲を比較的大さな粒径の共晶が
毬囲する好ましい組織を呈するの場片に優れた耐熱疲労
寿命特注を示すこと＋ａ−確認した。ここで言う好まし
い組織は、組成が錫の重量比で６５％と越え８０％未満
であり残部が実貝８９Ｉ・ζ鉛でちるンまんだ材を半導
体基体と誘成体基板間に介装し、上記はんだ材を溶融せ
しめた後、少なくともはんだ融液が完全に固化するまで
の間選択された速度、即ち１２５Ｃ／ｌ上以下の速度で
冷却することにより実伊されるつこＣ）ようなはんだけ
プロセスを選ぶ理由は、第一にはんだ材自体の破壊強・
更ちるいは弾性応力範囲を高めることであり、第二には
んだ層に塑性又形しにくい又は塑性変形を抑制する金属
組織を導入することである。上記第−及び第二の事項が
達成さ几ることによって、半導体パンケージ構造体にお
いて最も軟らかい部材でろシ応力集中とこれに伴なう塑
性変形が回着なはんだ層の剛性を高め、同層の応力を分
散させて塑性変形量を軽減し、疲労寿命住能金向上せし
りんとするものである。
ｉｉんだ材を用いて半導体基体と誘、ｆ体層板間を電気
的かつ機械的に結合して樽られたパッケージ得遺体は、
はんだ組成が鉛２５重量％、錫７５重量％で該はんだが
大きな粒径のβ初晶の周囲を比較的大さな粒径の共晶が
毬囲する好ましい組織を呈するの場片に優れた耐熱疲労
寿命特注を示すこと＋ａ−確認した。ここで言う好まし
い組織は、組成が錫の重量比で６５％と越え８０％未満
であり残部が実貝８９Ｉ・ζ鉛でちるンまんだ材を半導
体基体と誘成体基板間に介装し、上記はんだ材を溶融せ
しめた後、少なくともはんだ融液が完全に固化するまで
の間選択された速度、即ち１２５Ｃ／ｌ上以下の速度で
冷却することにより実伊されるつこＣ）ようなはんだけ
プロセスを選ぶ理由は、第一にはんだ材自体の破壊強・
更ちるいは弾性応力範囲を高めることであり、第二には
んだ層に塑性又形しにくい又は塑性変形を抑制する金属
組織を導入することである。上記第−及び第二の事項が
達成さ几ることによって、半導体パンケージ構造体にお
いて最も軟らかい部材でろシ応力集中とこれに伴なう塑
性変形が回着なはんだ層の剛性を高め、同層の応力を分
散させて塑性変形量を軽減し、疲労寿命住能金向上せし
りんとするものである。
本発明の一実施例を第１図から第５図に従って説明する
。
。
第１図に示すように、本発明によるパッケージ構造体は
アルミナセラミック基板２と７リコンチノプ１とｔｌ−
？！数個のはんだ３により結合した構造体でろる。はん
だ３によシ結合させるために・／クコ／チップ１及びア
ルミナセラミック基板２にはそれぞれ７リコンチツブ側
はんだ付１雨４及びアルミナセラミノク基板６１すにん
だけ７１ ｊ＋（ｊ ５が形成されていり。本発明の−
ｉＬ、力例で、１／リコ／チツプＩつ寸法は一辺５１９
つ重力形１．まんだ３のぺｔは一辺当り２０１固、合ｆ
？ｔ８０個、／リコンチノブＬｉ＋はんだ付電極４及び
アルミ六セラミック茫板９ｉ１１ ＋−１んだ付青唖５
はそルぞれ直径１（１０μｍ、１反小ピツチ２００ ｔ
ｉ ｍで、ちめ。
アルミナセラミック基板２と７リコンチノプ１とｔｌ−
？！数個のはんだ３により結合した構造体でろる。はん
だ３によシ結合させるために・／クコ／チップ１及びア
ルミナセラミック基板２にはそれぞれ７リコンチツブ側
はんだ付１雨４及びアルミナセラミノク基板６１すにん
だけ７１ ｊ＋（ｊ ５が形成されていり。本発明の−
ｉＬ、力例で、１／リコ／チツプＩつ寸法は一辺５１９
つ重力形１．まんだ３のぺｔは一辺当り２０１固、合ｆ
？ｔ８０個、／リコンチノブＬｉ＋はんだ付電極４及び
アルミ六セラミック茫板９ｉ１１ ＋−１んだ付青唖５
はそルぞれ直径１（１０μｍ、１反小ピツチ２００ ｔ
ｉ ｍで、ちめ。
こ°こで、本う色間ＧてよＣ−１ノケ一ジｉｆｆ造１本
の製］貴工程：二ついて・第２図（・て健って説明を乙
。
の製］貴工程：二ついて・第２図（・て健って説明を乙
。
第２図（３）に示すように、すでにトランジスタ、ダイ
オード等う：形成さ７゛した／リコ／基板６上に配線の
ためＤアルミニウム配線膜８が絶縁のたりの５ｌｏ２パ
ノ／ベー／ヨン摸７とはさんで形成され、外部と、つ接
続のために穴τ、５けた８１（ｈパノ／ベ−ンヨ／摸９
が形成されている。この穴をおおうようにクロム０．１
ａｍ、 銅１ ）ｔｒｎ、金Ｑ、１μｍの複合劇全σ
属マスクに介して蒸着し、／リコンテノブ側、ｉんだ付
、ｔｔ極４を形成する。蒸着温度は、クロム支び鍋につ
いては膜の密着性を増すために３５０ Ｃ１また金では
金の波数を防止するために１００Ｃとして′７）み。そ
几ぞれの漠の役割について！１ｉａにλ−！Ｅ］ ｉ
Ｒと、クロム（１下池つアルミニウム配線膜８及びＳ１
０．パノ／ペー／ヨノ模９とＤ密着支ひけんだ３とアル
ミニウム配線膜８との反応防ＬＬ、例はばんた３との後
着、会は銅・つ酸化防」してちる。
オード等う：形成さ７゛した／リコ／基板６上に配線の
ためＤアルミニウム配線膜８が絶縁のたりの５ｌｏ２パ
ノ／ベー／ヨン摸７とはさんで形成され、外部と、つ接
続のために穴τ、５けた８１（ｈパノ／ベ−ンヨ／摸９
が形成されている。この穴をおおうようにクロム０．１
ａｍ、 銅１ ）ｔｒｎ、金Ｑ、１μｍの複合劇全σ
属マスクに介して蒸着し、／リコンテノブ側、ｉんだ付
、ｔｔ極４を形成する。蒸着温度は、クロム支び鍋につ
いては膜の密着性を増すために３５０ Ｃ１また金では
金の波数を防止するために１００Ｃとして′７）み。そ
几ぞれの漠の役割について！１ｉａにλ−！Ｅ］ ｉ
Ｒと、クロム（１下池つアルミニウム配線膜８及びＳ１
０．パノ／ペー／ヨノ模９とＤ密着支ひけんだ３とアル
ミニウム配線膜８との反応防ＬＬ、例はばんた３との後
着、会は銅・つ酸化防」してちる。
１層で第２図（ｂ）のように、はんだをも管法により／
リコノチ７ノプｆｉｌｌｌ ｆｌんだ付電迂４の上１・
二形成ｆ ｓ 。
リコノチ７ノプｆｉｌｌｌ ｆｌんだ付電迂４の上１・
二形成ｆ ｓ 。
蒸−Ｈｌｉｆｉｒｆ、１４ ｑ＋膜１０ →１８膜１１
＝；ｆ’＋’ｓ ッ必セフ 、１んた体積は９ Ｘ
１．０−’ ＝ｍ”であ乙。ここで、はん７ビの組、７
を鉛２５７ｉｉＪ４． ”Ｊ７５ Ｔｕｔ ％とすル
タめｉイ）膜１０ｔつ膜厚１０、つ膜厚全錫膜１１つ嗅
１１の約６分の１にしなければならな（／−１０これは
、鉛の比重が約１１であるのに対して錫の比重が約６で
あるたりでｂるっ 更に第２図（Ｃ）のクロく、鉛膜１０及び錫膜１１つ形
成され；’ｃ ノ’）コ／基板６を１気炉に入れ、鉛膜
１０及び錫膜１１を溶融する。鉛と錫膜つ共晶ｌ・痰は
約１８３ｃであるので、約１８３Ｃ全懲すると余々に鉛
膜１０伎び錫＠１１がお互いの界面から溶融し１；ｒＳ
Ｉｏる。鉛２５重址チ、錫７５重量％のはんだの液相温
度ｄ豹１９５Ｃ’″Ｃあり、この温度を越えると図に示
すようにほぼ球形のチップ側はんだ１２が形成さルる。
＝；ｆ’＋’ｓ ッ必セフ 、１んた体積は９ Ｘ
１．０−’ ＝ｍ”であ乙。ここで、はん７ビの組、７
を鉛２５７ｉｉＪ４． ”Ｊ７５ Ｔｕｔ ％とすル
タめｉイ）膜１０ｔつ膜厚１０、つ膜厚全錫膜１１つ嗅
１１の約６分の１にしなければならな（／−１０これは
、鉛の比重が約１１であるのに対して錫の比重が約６で
あるたりでｂるっ 更に第２図（Ｃ）のクロく、鉛膜１０及び錫膜１１つ形
成され；’ｃ ノ’）コ／基板６を１気炉に入れ、鉛膜
１０及び錫膜１１を溶融する。鉛と錫膜つ共晶ｌ・痰は
約１８３ｃであるので、約１８３Ｃ全懲すると余々に鉛
膜１０伎び錫＠１１がお互いの界面から溶融し１；ｒＳ
Ｉｏる。鉛２５重址チ、錫７５重量％のはんだの液相温
度ｄ豹１９５Ｃ’″Ｃあり、この温度を越えると図に示
すようにほぼ球形のチップ側はんだ１２が形成さルる。
に第２図（ｄ）に示されるよりにアルミナセラミック基
板２には、グリーンノート法によりアルミナてラミック
基板側はんだ付を甑５が形成されており、その表面にｉ
７ｉ鉛２鉛重鉦チ、錫７５重量％のアルミ１セラミツク
基板側はんだ１３が形成畑几でいる。チップ側はんた１
２がすでに形成されている／リフ／基板６ｔダイ丈−を
用いてノリコンテツブ１に分離し、ノ・−フミラーを用
いてアルミナ−ラミック基板側はんだ１３がすでに形成
されているアルミナセラミック基板２に位［！ｉ会せす
る。その友、ノリコンテツブ１とアルミナセラミック基
板２がテップ側はんだ１２とアルミナセラミック基板側
はんだ１３とで接触したまま再度炉中で鉛２５重址チ、
４７５重λ係のはんだの液相温度より少し高い温度まで
加熱すると第１図に示すようなバンクージ溝造体が完成
する。
板２には、グリーンノート法によりアルミナてラミック
基板側はんだ付を甑５が形成されており、その表面にｉ
７ｉ鉛２鉛重鉦チ、錫７５重量％のアルミ１セラミツク
基板側はんだ１３が形成畑几でいる。チップ側はんた１
２がすでに形成されている／リフ／基板６ｔダイ丈−を
用いてノリコンテツブ１に分離し、ノ・−フミラーを用
いてアルミナ−ラミック基板側はんだ１３がすでに形成
されているアルミナセラミック基板２に位［！ｉ会せす
る。その友、ノリコンテツブ１とアルミナセラミック基
板２がテップ側はんだ１２とアルミナセラミック基板側
はんだ１３とで接触したまま再度炉中で鉛２５重址チ、
４７５重λ係のはんだの液相温度より少し高い温度まで
加熱すると第１図に示すようなバンクージ溝造体が完成
する。
本実施例によれば、はんだ３を鉛９５重量冬、錫５重量
壬のはんだで形成した従来の・２ノケ一ジ病造体に比べ
て一５５ｔｌ？〜１５０Ｃ１１時間１サイクルの温度丈
イクル試験による熱疲労寿命は約５倍と飛跡的に向上し
た。ただし、錫の含有量が増したためはんだ３と７リコ
／チツプ側にんだ付１５４中の銅との反応が従来のパツ
ケー７構造体に比べて著しくなる五念が生じる。そこで
鉛９５重清壬、錫５重量傷のはんだと鉛２５１１チ、錫
７５、ｆｆｌｔ％のはんだの銅への侵食量を調べた。七
の結果、第３図に示すように同一温度で比較すると鉛２
５重量係、 ：Ｊｊ７５重量％はんだの方が浸食量は多
いが、鉛２５重量％、錫７５重量壬、１んだは液相導度
が鉛９５重量％、錫５重量％はんだより約１２］：低い
ので液相温度より５０Ｃ高い温度（はんだ付の作業温度
としては大体この程度の温度が選ばれる）で比較すると
わずかの増加であり、銅の膜厚である１μｍには充分の
ゆとりがあることがわかったつ 鉛２５重量％、錫７５重量％はんだがこのように良好な
勺↑熱疲労よテ（生？示しｔ土山について第５図土用い
て説明ｒるっ 第５図は本発明にＬるバノクージｆか遺体テ種々の冷却
速度でばんだけした二り合のせん断強でを示したもので
あろうここで、第５図Ａの領域のデータ：ｉ本実）＆ラ
リのはんだ組織ＯもＤで犬さな粒径のβＷ晶（図中り白
い頭載）の周囲？比較的大きな粒径の共晶が包囲する杉
態全有しているっこれに、すして同図Ｂの頑域し・）デ
ータ、１はんだの冷却速度が大きいもので比較的小さい
粒径のβ初晶の周囲を微細な共晶が包囲する形態を有し
ている。比較的小さい粒径のβ？７１８の周囲を微細な
共晶が包囲する形舊を有し、ている場合に汀、すでに述
べた超塑性現象のためにはんだの塑性変形能が太さいが
、大きな粒径のβ初晶の周囲全比較的大きな勾玉の共晶
が包囲する形作では、初晶のβ晶に共晶組織が食いこみ
なん定の変形能が阻害されると共に共晶組織０ｆｆｉ塑
性現象も初晶のβ晶に阻害されるため、はんだの塑性変
形能が小きくなり熱穫労寿命を延ばす。このようなはん
だの性質は従来半導体チップの接続には好オしくないヒ
考九′）ｈていｔ、。
壬のはんだで形成した従来の・２ノケ一ジ病造体に比べ
て一５５ｔｌ？〜１５０Ｃ１１時間１サイクルの温度丈
イクル試験による熱疲労寿命は約５倍と飛跡的に向上し
た。ただし、錫の含有量が増したためはんだ３と７リコ
／チツプ側にんだ付１５４中の銅との反応が従来のパツ
ケー７構造体に比べて著しくなる五念が生じる。そこで
鉛９５重清壬、錫５重量傷のはんだと鉛２５１１チ、錫
７５、ｆｆｌｔ％のはんだの銅への侵食量を調べた。七
の結果、第３図に示すように同一温度で比較すると鉛２
５重量係、 ：Ｊｊ７５重量％はんだの方が浸食量は多
いが、鉛２５重量％、錫７５重量壬、１んだは液相導度
が鉛９５重量％、錫５重量％はんだより約１２］：低い
ので液相温度より５０Ｃ高い温度（はんだ付の作業温度
としては大体この程度の温度が選ばれる）で比較すると
わずかの増加であり、銅の膜厚である１μｍには充分の
ゆとりがあることがわかったつ 鉛２５重量％、錫７５重量％はんだがこのように良好な
勺↑熱疲労よテ（生？示しｔ土山について第５図土用い
て説明ｒるっ 第５図は本発明にＬるバノクージｆか遺体テ種々の冷却
速度でばんだけした二り合のせん断強でを示したもので
あろうここで、第５図Ａの領域のデータ：ｉ本実）＆ラ
リのはんだ組織ＯもＤで犬さな粒径のβＷ晶（図中り白
い頭載）の周囲？比較的大きな粒径の共晶が包囲する杉
態全有しているっこれに、すして同図Ｂの頑域し・）デ
ータ、１はんだの冷却速度が大きいもので比較的小さい
粒径のβ初晶の周囲を微細な共晶が包囲する形態を有し
ている。比較的小さい粒径のβ？７１８の周囲を微細な
共晶が包囲する形舊を有し、ている場合に汀、すでに述
べた超塑性現象のためにはんだの塑性変形能が太さいが
、大きな粒径のβ初晶の周囲全比較的大きな勾玉の共晶
が包囲する形作では、初晶のβ晶に共晶組織が食いこみ
なん定の変形能が阻害されると共に共晶組織０ｆｆｉ塑
性現象も初晶のβ晶に阻害されるため、はんだの塑性変
形能が小きくなり熱穫労寿命を延ばす。このようなはん
だの性質は従来半導体チップの接続には好オしくないヒ
考九′）ｈていｔ、。
と０ろが、はんだのが性変形能を大きくして熱歪金兄て
はんたに持たせるという従来の設計よつむしろ、１−ｉ
んだの塑性変形能を１ム１］限して熱歪をはんだと周囲
の部材で分担する設ｇｆの方が良好な耐熱疲労特注を示
すのである。をらに大きな粒径Ｄβ初晶の周囲を比憫的
犬きな付径の共晶が呂囲する形態でははんだの強度も大
きく、さらに熱疲労寿命を延ばしているつ図から明らが
なよう（・こ、はんだの強度を安定して大きくするには
冷却速度をヤ′）１２５Ｃ／分以Ｆにしなけれｒｉｂら
ない。
はんたに持たせるという従来の設計よつむしろ、１−ｉ
んだの塑性変形能を１ム１］限して熱歪をはんだと周囲
の部材で分担する設ｇｆの方が良好な耐熱疲労特注を示
すのである。をらに大きな粒径Ｄβ初晶の周囲を比憫的
犬きな付径の共晶が呂囲する形態でははんだの強度も大
きく、さらに熱疲労寿命を延ばしているつ図から明らが
なよう（・こ、はんだの強度を安定して大きくするには
冷却速度をヤ′）１２５Ｃ／分以Ｆにしなけれｒｉｂら
ない。
ここで、本犬椎例では／リコンチノプＯ１１］はんだ付
電臣４にクロム、銅及び金の複合膜テ記ったが、クロム
と同じ働きをする金属としてチタン、銅と同じ働きをす
る金属としてニッケルを使用しても同じ結果が得られる
ことはもちろんでらる。ち之、ノリコノチップ側はんだ
付型啄４全マスク蒸着法で形成したが、もちろん全面蒸
着後：６−ニノチ／グを施して電画パターンを形成して
もよい。さらに、蒸着でなくその池の方法（例えばスパ
ッタリング）で形成してもよい。′ｆチップ側はんだ１
２の形成法としては、蒸漕法に限らずめっき法を採用し
てもよいことも当然で心る。また、チップ側はんだ１２
とアルミナセラミック４阪ｆｌｌ１１はんだ１３の組成
は錫が６５重ｆｖ ５ ｋ越え、８０電量チ未満で残部
が大質的に鉛でちればすでに：Ｕべ、二ように、；１ん
だけの冷却速度全約１２５Ｃ，／分以丁にするＣとで鉛
９５重スチ、錫５υＩはんだより大きい熱疲労寿命が２
ｔられも（第４図す黒）。
電臣４にクロム、銅及び金の複合膜テ記ったが、クロム
と同じ働きをする金属としてチタン、銅と同じ働きをす
る金属としてニッケルを使用しても同じ結果が得られる
ことはもちろんでらる。ち之、ノリコノチップ側はんだ
付型啄４全マスク蒸着法で形成したが、もちろん全面蒸
着後：６−ニノチ／グを施して電画パターンを形成して
もよい。さらに、蒸着でなくその池の方法（例えばスパ
ッタリング）で形成してもよい。′ｆチップ側はんだ１
２の形成法としては、蒸漕法に限らずめっき法を採用し
てもよいことも当然で心る。また、チップ側はんだ１２
とアルミナセラミック４阪ｆｌｌ１１はんだ１３の組成
は錫が６５重ｆｖ ５ ｋ越え、８０電量チ未満で残部
が大質的に鉛でちればすでに：Ｕべ、二ように、；１ん
だけの冷却速度全約１２５Ｃ，／分以丁にするＣとで鉛
９５重スチ、錫５υＩはんだより大きい熱疲労寿命が２
ｔられも（第４図す黒）。
仝発明に工れげ、半導体基体と訪電佳基板間を電気８す
〃・つ機緘的に、−合するたりつ微細かつ多数の微小は
んだ群の、咀或は１俵が６５″１（升多を越、８０重螢
チ未イ昔でへ部が実質的に鉛で心り、大きな粒径のβ初
晶の：Ｊ、１四を比較的太さな粒径の共晶が包囲する組
織を呈していれば鉛９５重：社チ、錫５重を壬はんだこ
り大きい、ち疲労）１命かえられる。
〃・つ機緘的に、−合するたりつ微細かつ多数の微小は
んだ群の、咀或は１俵が６５″１（升多を越、８０重螢
チ未イ昔でへ部が実質的に鉛で心り、大きな粒径のβ初
晶の：Ｊ、１四を比較的太さな粒径の共晶が包囲する組
織を呈していれば鉛９５重：社チ、錫５重を壬はんだこ
り大きい、ち疲労）１命かえられる。
第１図は本発明による実り布例を示す断面図、第２図は
本発明による呵怖汐１１の一晃清工程をテす断面図、第
３図は本発明による実施例と従来例のはんだによる浸食
ｉを比較する図、第４図は本発明の効果を示す図、第５
図は本発明の効果を示す図である。 ｌ・・・７リコンチツプ、２・・・アルミナセラミック
基板、３・・・はんだ、４・・・チップ側はんだけ電子
、５羊 ） 図 子２ 図６．２ （ｂ）（Ｊ） 芋 ３ 図 ２ρ／ ２ｆρ ３ρσ ３夕θ ４／ρ二五
７妥、 じＣ） ＄ ４ 図 Ｓｎ’ｒ’↑肩重（計な）
本発明による呵怖汐１１の一晃清工程をテす断面図、第
３図は本発明による実施例と従来例のはんだによる浸食
ｉを比較する図、第４図は本発明の効果を示す図、第５
図は本発明の効果を示す図である。 ｌ・・・７リコンチツプ、２・・・アルミナセラミック
基板、３・・・はんだ、４・・・チップ側はんだけ電子
、５羊 ） 図 子２ 図６．２ （ｂ）（Ｊ） 芋 ３ 図 ２ρ／ ２ｆρ ３ρσ ３夕θ ４／ρ二五
７妥、 じＣ） ＄ ４ 図 Ｓｎ’ｒ’↑肩重（計な）
Claims (1)
- １、半導体基体と誘電体基板間を複数個の微細かつ微小
はんだ群により電気的かつ機械的に結合する半導体パッ
ケージ構造体において、該微小はんだ群の組成が錫の重
量比で６５％を越え８０％未満であり残部が実質的に鉛
であり、かつ該はんだが大きな粒径のβ初晶の周囲を比
較的大きな粒径の共晶が包囲する組織を呈することを特
徴とする半導体パッケージ構造体。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18638084A JPS6165442A (ja) | 1984-09-07 | 1984-09-07 | 半導体パツケ−ジ構造体 |
| DE3523808A DE3523808C3 (de) | 1984-07-03 | 1985-07-03 | Verfahren zum Löten von Teilen einer elektronischen Anordnung aus unterschiedlichen Werkstoffen und dessen Verwendung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18638084A JPS6165442A (ja) | 1984-09-07 | 1984-09-07 | 半導体パツケ−ジ構造体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6165442A true JPS6165442A (ja) | 1986-04-04 |
Family
ID=16187372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18638084A Pending JPS6165442A (ja) | 1984-07-03 | 1984-09-07 | 半導体パツケ−ジ構造体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6165442A (ja) |
-
1984
- 1984-09-07 JP JP18638084A patent/JPS6165442A/ja active Pending
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