TW510039B - Semiconductor device, method of fabricating same, semiconductor device package construction, and method of mounting the semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device, method of fabricating same, semiconductor device package construction, and method of mounting the semiconductor device Download PDF

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TW510039B
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electrodes
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semiconductor
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Toshinori Shiina
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Description

510039 五、發明說明ο) 【發明背景】 1.發明之領域 本發明係關於一種半導體裝置與其製造方法、 裝置封裝構造、及半導體裝置之安裝方法;尤有關 以一覆晶安裝方法進行安裝的半導體裝置,而其既 外部接合電極之接合可靠度,更允許使外部接合電 化,及有關於此半導體裝置的製造方法、半導體裝 構造、及半導體裝置之安裝方法。 2.相關技術之描述 覆女裝方法為將其具有已成形在其半導體晶 之電極上的突出電極(外部接合電極)之半導體 對於安裝基板(舉例而言,電路基板)而言,以面 2:其配置在安裝基板上的方法,以使突出電極 女裝基板的電極(焊塾電極)。 導體方法將能增加半導體裝置的接腳 =體攻置極小化、及使半導體裝置得以高密 ,對於覆晶安裝技術而言,半導& 進行庵今的m欢 卞守股裝置的製造 :廣泛的研發,並已揭露 而吕,突出電極的形妝月诸士&上相關技 而有關於封裝密$;!電極)間的接合方
化,如半導體裝置=部二:二卜部接合電極 實際地應用。 卜σ卩接5電極的近似100 M (習知技術) 半導體 於適合 能提高 極極小 置封裝 片表面 置,相 朝下的 電連至 、使半 ,因 已對其 ,舉例 Ο 極小 間距已 510039 五、發明說明(2) 曰本公開專利公報第2 6 2 4 3 0 / 8 5號揭露藉由接合半導 體裝置與基板之用的樹脂所產生的收縮作用力而使半導體 裝置之外部接合電極電連至基板電極的技術。 參見附圖,以說明該習知技術。 圖1為顯示用以說明習知技術之半導體裝置與其安裝 方法的示意圖,其中圖1 ( a )顯示在安裝之前的剖面圖、 及圖1 (b)顯示在安裝之後的剖面圖。 參見圖1 (a),就半導體裝置110而言,係將金屬電 極111成形為位在半導體晶片表面之電極(未圖示)之上 的外部接合電極;而就基板1 3 〇而言,則將基板配線丨3 1成 形為焊墊電極,而用以在相對於金屬電極U1的位置上與 其接合,又,使用以將半導體裝置110接合至基板13〇的接 合樹脂1 2 0塗佈至其上。 接合樹脂1 2 0為紫外線硬化樹脂或熱固型樹脂。 圖1 (b)中’使半導體裝置11〇對正,俾使成形為凸 塊的金屬電極111與基板配線1 31接觸,並面朝下地壓住金 屬電極111而使其緊靠著基板配線1 31,俾能建立電性連 而當將半導體裝置11以面朝下的方式配置時,即使接 合樹脂120會殘留在金屬電極111與基板配線丨31之間,但 當壓住金屬電極111而使其緊靠著基板配線丨31 ,進而使金 屬電極111能夠與基板配線1 3 1電性接觸時,接合樹脂丨2 〇 將被擠壓出來。 在半導體裝置110處於其金屬電極111係緊壓著基板配
第6頁 510039 五、發明說明(3) '--- 線131的狀態下,而對接合樹脂12〇進行加熱或照射紫 而使其硬化時,則接合樹脂丨2〇將收縮,而此收縮的用、 力將足夠使金屬電極11丨與基板配線丨3丨之間保持電 觸。 夺要 然而,由於典型地在各金屬電極丨u的高度之間將 生極大的變化,如圖1 (a )之尺寸C及尺寸D所示,所以在 安裝時,必須施以一極大的外部作用力(負載)而 電極111緊壓著基板配線131,進而導致金屬電極Ui的 性變形以使金屬電極丨丨1的高度相等,從而確保所有之金 屬電極111與基板配線丨3 1之間的電性接觸。然而,此極大 的壓力則導致損壞半導體裝置11〇及基板配線131的潛 題。 1 此外’由於藉由接合樹脂12〇而將半導體裝置11()接合 至基板130 ’故當半導體裝置11〇經歷溫度的劇增時,舉例 而言’當電性導通時,溫度的劇增將造成接合樹脂12〇的 熱膨脹’因而產生金屬電極丨丨1與基板配線丨31分離之問 題’且當接合樹脂12〇與金屬電極之間的熱膨脹程度差異 超過硬化時之接合樹脂丨2〇的收縮程度與存在於金屬電極 111中的彈性位移的總合時,電性連接將中斷。 又’半導體裝置11 〇之金屬電極111僅具有極小的彈性 位移’這將導致另一問題,即當進行如高低溫循環測試的 加速測試時’將導致金屬電極丨丨1與基板配線丨31之間的電 性連接不穩定,而喪失接合可靠度。 起因於不同線性熱膨脹係數的電性連接問題將可藉由
Μ 0039 五、發明說明(4) 添加二氧化矽至接合樹脂丨2〇中或提高其中之二氧化矽的 含量而使接合樹脂1 2 0的線性熱膨脹係數遠小於金屬的線 性熱膨脹係數、或增加金屬電極丨丨1中之彈性位移而解 決。然而’添加之二氧化矽將提高接合樹脂丨2 〇的楊氏模 數,因而當接合樹脂120經歷熱膨脹時,將使一極大的負 載施於半導體裝置及基板上。而此極大的負載則導致對半 導體裝置11 0或對基板1 3 〇造成損壞的危險性增加,故僅將 二氧化石夕添加至其中並不可行。
此外’習知之金屬電極的形狀係通常為如球狀或圓柱 狀的結點狀’故將難以增加金屬電極中之彈性位移。 參見附圖’再詳細說明難以增加金屬電極中之彈性位 移的原因。 圖2顯示當以習知技術安裝半導體裝置時,其金屬電 極之位移與負載之間關係的示意圖。 如圖所不’施加至金屬電極之外部作用力將具有極大 巾^的量變曲線’俾使各金屬電極皆以具有最低之金屬電極 咼度之方式與基板配線131接觸,而使較高之金屬電極經 歷塑性變形’此變形則典型地以位移表示(從點〇至點F 的位移)。
於此情況下’金屬電極的位移OF將由塑性位移0G與彈 性位移OF所構成’其中金屬電極之變形的極大部份將為塑 性變形,只有極小部份為彈性變形。 實際的情況下’由於結點狀金屬電極所具有的彈性位 移(位移OF)得、主要由使用的金屬材料所決定,而可用來
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當作電極的金屬材钮 而由於掛皁Ϊ 有限,故將難以增加彈性位移。 V洛4 Η二Μ β 體裝置又有輕、小且須便宜的需求,故 呈有彳πι"όο°題,即能高效率地製造其外部接合電極必須 八有J、於100心之間距的極小化半導體裝置。
【發明的綜合說明J •t發明將達成解決上述問題的目的,並提供下述之目 的·長:供一種半導I#获蓄 -, 奘方弋加以忠#冑虞置’其允卉以一種低負載之覆晶安 裝方式加以女裝,#能免於產生損壞, 可在高溫環境下提高雷恍磕妓认1&命 干等篮表置將 署蔣彳曰U古4L Γ電連接的可罪度,又,該半導體裝 本;ίί 造極小化的外部接合電極;提供-種
Ik該+導體裝置之製造方法;提 構造及其安裝方法。 干导體裝置封裝 與上述問題#關之技術的例子可參見揭示於日本公開 專利公報第37233 /94號的半導體積體電路裝置,其藉由 内部延伸的引腳,並由於其具有形成於 ,導,日日片與基板之間的間隙之彎㈣, 晶片之線性熱膨服係數與基板之線性熱膨 脹係數之間差異的應力,而可進行高密度封裝。 ㈣Ϊ'ΐίΐΐ術的例子可吸收並減輕起因二線性熱膨脹 '、數差異的應力,習知技術仍將產生極多的問題。不僅 :的:確彎曲為一問題,且位在引腳與半導體晶片表面之 間的橡膠彈性體形狀更使此構造更加複雜,並使良率降 低’此外,當試圖進行高密度封裝時,將使引腳的極小化
510039 五、發明說明(6) 更加複雜。所以,習知技術的例子並無法解決上述問題。 為達成上述目的,本發明之申請專利範圍第1項所主 張之半導體裝置將包含:一半導體晶片,已具有複數之電 極形成在其上;及複數之外部接合電極,係電連至一安裝 基板的複數之焊墊電極;其中當複數之外部接合電極在^ 持著一彈性變形的狀態時,將同時接觸複數之焊墊電極^ 而藉由該構造,外部接合電極將具有大幅的彈性位 移’而當安裝之半導體裝置由於電性導通而溫度升高,且 ^接合樹脂的受熱而膨脹時,外部接合電極與安裝2板之 焊,電極將由於該大幅的彈性位移而保持接觸,因二, 提高電性連接的可靠度。 ’ 爐、止ί發Γ之申請專利範圍第2項所主張之半導體裝置的 ^ 八中上述申請專利範圍第1項所提之半導體步晉 的外部接合電極係疊層在半導體晶片的電極之上。、 而藉由該構造,將可極小化外部接合電極,又,將 :效率、低成本地製造具有極佳尺寸精度的外部;合;了 構造Ϊ發:ΐΠί利範圍第3項所主張之半導體裝置的 的外部接二二“ !凊ί利範圍第1項所提之半導體裝置 w外邛接合電極侧表面為呈L型。 皆且:=:舞;,外部接合電極相對於向上或向下位移 外部接合電極的彎曲狀態將吸 J:導體裝置$, 電極之間的共平面度變化, β電極或各焊墊 從而可降低用以壓住半導體裝 第10頁 510039 五、發明說明(7) ____ 置而使其緊靠安裝基板的外部作用 、 安裝基板免於有損壞的危險。 ’並使半導體裝置及 本發明之申請專利範圍第4項 構造中,其中上述申請專利範圍第 張之半導體裝置的 的外部接合電極上表面係具有一辦項所提之半導體裝置 弓 〇 而藉由該構造,外部接合電極將 有大幅的彈性位移。 子於水平位移而具 本發明之申請專利範圍第5 構造中,其中將凸塊形成在上述争t宙張之半導體裝置的 之半導體裝置的外部接合電極上。明利範圍第1項所提 而藉由該構造,從產能的觀點 形在安裝基板之焊墊電極時,每推=看,右難以將凸塊成 部接合電極之上。 、 '"構每將可使凸塊成形在外 構造二項上所Λ張,半導體裝置的 所提”導體裝置的外部接合電極:間凊專利範圍第1項 而藉由該構造,當外部接 接觸彈性層,而禪性Μ & π按〇電極向上方向變形時,將 ^1 ^ 而泮性層的彈性作用六μ说丄u 的彈性作用力,從而在安裝m加外部接合電極 以調整,並可調整存在於^人^吋,將可對負載加 量。 、卜#接合電極之中的彈性變形 本發明之申請專利範圍 構造中,直中 f第7項所主張之半導體裝置的 專利範圍第1項所提之U 保/膜$成在上述申請 导體波置的外部接合電極之下表
第11頁 五、發明說明(8) 面上。 而藉由該構造 板的配線,從而免 行南品質的封裝。 選擇一彈性材 合電極與接合樹脂 電極之彈性變形造 又,保護膜可 方向上之位置的間 彈性位移。 本發明之申請 構造中,其中將上 置的外部接合電極 該構造允許將 言,配置成nx m的 行極大量接腳之應 本發明之申請 構造中,其中使上 置的一部份外部接 體晶片的内部延伸 該構造將提高 性,因此,將實現 本發明之申請 製造方法將包含以 ,外部 於有短 料以形 接觸的 成不良 當作決 隔部, 專利範 述申請 配置成 外部接 陣列( 用。 專利範 述申請 合電極 ,或朝 配置在 半導體 專利範 下步驟 接合電極將不會直接接觸安裝其 路之不良現象的產生,並易於進 成一保護膜,此外,減少外部接 區域,因此將免於有對外部接合 影響的主要因素。 u 定半導體裝置與安裝基板在高度 並可適當地設定外部接合電極的 圍第8項所主張之半導體裝置的 專利範圍第1項所提之半導體裝 一陣列。 t 合電極配置成一陣列,舉例而 其中η及m為自然數),從而能進 圍第8項所主張之半導體裝置的 專利範圍第1項所提之半導體裝 或所有之外部接合電極朝向半導 向半導體晶片的外侧延伸。 安裝基板上之焊墊電極的設計彈 裝置的高密度封裝。 圍第10項所主張之半導體裝置的 •形成複數之電極於一半導體晶 ΙΕΜ
第12頁 五、發明說明(9) 片之上,·及形成複數之外部接合電極 之電極之上,其電連至一安裝 :=曰:的稷數 千,體褎置係女裝至安裝基板上,且當複數 極在保持著—彈性變形的卜=接δ電 電極而建立電性連接。此外,本發數之焊墊 項所主張之半導體裝置的製造方專利範圍第11 範圍第1 〇項所提之形成複數 ς上述申請專利 的複數之電極之上的晶片 成形在半導體晶片之電極上的步ς層法而將外部接合電極 該半導體裝置的製造方法將能高 尺寸精度之極小化的外部接合電極。 ^具有極佳 本發明之申請專利範圍第12項所主張之半導體 製造方法中’其中上述申請專利範圍第丨。項=开裝= 數之合電極於半導體晶片的複數之電極之上的+複 = 步驟:藉由一疊層法將複數之外部接:電 一遮罩上’並經由-導電材料而使 複數之外邛接a電極電連至半導體晶片 更 該半導體裝置的製造方爭蔣—t古复數電極。 斗捽声之炻丨# ΛΑ I方法將此局效率地製造具有極佳 尺寸精度之極小化的外部接合佳 導體晶片的尺寸。 卜將易於更換半 提槿^ 申明專利範圍第i 3項所主張之半導體裝置封 體巧裝基板,具有複數之焊墊電極形成在 片之上的複數之外部接合電極,且當複數之外部接合= 五、發明說明(10) Ϊ保形的狀態時1同時接觸複數之焊墊電 板。 σ 月曰,用以將该半導體裝置接合至該安裝基 置固ϊίίΐίίί裝構2藉由接合樹脂而將半導體裝 而使半導俨^二t上,並利用外部接合電極之彈性變形 基板免於有損壞的危險,此外,將 裝構=明i t:專利範圍第14項所主張之半導體裝置封 提之半導體在上述申請專利範圍第13項所 之上卞導體農置封裝構造中之焊墊電極或其外部接合電極 該半導體裝置封裝才盖造分 電極成形在水半t A f構斗由疊層法而將外部接合 進行向上,從而不需對傾斜之外部接人雷極 進仃疊層,因而提高產能。 丨I搔。電極 裝構it明利範圍第15項所主張之半導體裝置封 間隔部-置:卜=以對半導體晶片之高度進行定位的- 破構造中之半導體晶片與安裝基板之間。導體襄置 行正裝置封裝構造將易於對半導體裝置的高声進 丁正,的疋位,從而能調整外部接合電極的彈性=度進 本發明之申請專利範圍第丨6項所主張之半罢 :以基板及,或預先供應具有複數之外 +導體裝置’並使用一接合樹脂,俾能將半導二:
第14頁 的方法將包含以下步驟:預先供應具有複數之焊2的 Μ 0039 五、發明說明(11) ' ----- 合至安裝基板;及硬化接合樹脂,俾能當複數之外部接人 電極保持著一彈性變形狀態時,則複數之外部接合電極ς 同時接觸複數之焊墊電極。 該半導體裝置的安裝方法將使外部接合電極在承受極 低負載的情況下,具有大幅的彈性位移,又,將在此情況 下,而使外部接合電極與焊墊電極接合,從而既免於使半 ‘體哀置與女裝裝置產生損壞的危險,同 的可靠度。 逆接
^本發明之申請專利範圍第17項所主張之半導體裝置的 =裝方法中,係為利用上述申請專利範圍第丨6項所提之半 體裝置的安裝方法之使接合樹脂硬化時將產生的收縮作 用力,而用以使外部接合電極維持彈性變形。 忒半導體裝置的安裝方法將減小用以壓住半導體裝置 ,使其緊靠著安裝基板之壓住設備的尺寸,又,將降低壓 住設備的成本。 如上 半導體裝 疊層法而 合電極, 將允許吸 於對基板 體晶片之 移如何隨 此外,由 所述, 置封裝 在半導 俾能在 收外部 及半導後,不 著溫度 於可藉 依據本發 構造、及 體裝置上 低負載的 接合電極 體裝置造 管半導體 變化而變 由疊層法 明之半 半導體 形成具 情況下 或凸塊 成損壞 晶片之 化,仍 形成極 導體裝置與 裝置之安裝 有大幅彈性 ,當安裝半 之高度上的 的危險,又 電極與焊墊 可獲得極佳 小化的外部 其製造方法、 方法中’藉由 位移的外部接 導體裝置時, 變異,因而免 ,在安裝半導 電極之間的位 的電性連接。 接合電極,故
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510039 五、發明說明(12) 本發明將適用極密集的半導體裝置、極大量接腳的半導體 裝置、及極高密度的封裝中。 本發明之其他目的及優點由隨後之詳細說明及隨附之 申請專利範圍當可更加明白。 【較佳實施例之詳細說明】 以下參考附圖,俾能說明有關本發明之半導體裝置的 製造方法、半導體裝置封裝構造、及半導體裝置之安裝方 法的各實施例。 【半導體裝置]
首先’參見為其放大示意圖之圖3,用以說明有關本 發明之半導體裝置的實施例,其中圖3 (a )為剖面圖、圖 3 ( b )為外部接合電極的外觀視圖、圖3 ( c )為用以說明 第一實施例的剖面圖、及圖3 (d )為用以說明第二實施例 的剖面圖。 圖3 (a)中,參考數字表半導體裝置的構造,其 具有外部接合電極12,用以接觸焊墊電極(未圖示),而 雖然外一部接合電極丨2係以疊層法形成,但具有可在圖中箭 號X所示的方向上產生彈性變形的特性。
於此If况下,半導體裝置i將由其外部接合電極1 2在 =彈性變形特性的情況下,而與焊塾電極接觸並彼此 換言之,外部接合電極1 2 間的彈性位移與各焊墊電極之 面度之變化,因此,當安裝半 將吸收因各外部接合電極之 間的彈性位移所產生的共平 導體裴置時,用以壓住半導
第16頁 510039 五、發明說明(13) 體裝置使其緊靠安裝基板之所需的外部作用力將可減小, 且免於有損壞半導體裝置與安裝基板的危險。 經由黏接劑而已安裝至安裝基板的半導體裝置〗於電 性導通時將經歷溫度的劇增,從而使其線性熱膨脹係數遠 大於外部接合電極的接合樹脂產生熱膨脹,而使焊墊電極 f半導體晶片的電極之間的距離變寬。然而,由於外部接 合電極中存在有極大的彈性位移並可吸收上述因彈性位移 =引起之距離的增加,故外部接合電極與焊墊電極仍可 寺接觸,因而將增加電性連接的可靠度。 ’、 =外,由於以下述的疊層法形成外部接合電極丨2, =極不僅能具有極小化的尺寸,… 度及極少的製造成本製造之。 丁償 =如金或鋁的金屬當作外部接合電極12的材料。 m -20“η!之門由,豐層法所形成之外部接合電極為具有" 寬度通常為1 η極小外部接合電極(外部接合電極的 由於難以使一半)。當該間距小於1〇_時,將 體裝置在安電具有如此高的位置精度及難以使半導 的ίίίΐ ί;裝基板(通常稱為基板”夺具有如此高 間而無法封裝此半導體裝置。另-方面,當該 動淳接)、的/ m時’則外部接合電極將可為TAB (帶式自 上二地,外部接合電極為具二 而在可担]距的極小外部接合電極。 安裂至安= = :置精度及提高半導體裝置在 、女裝精度的情況下,則其間距的下限 第17頁 1 510039 五、發明說明(14) 將不再被限制為1 〇 # m,而將可製造具有小於 的外部接合電極,從而可極小化半導體裝置並 0>距 度地封裝。 儿』進仃咼费 於此,將外部接合電極12成形為具有[型 在此情況下,外部接合電極12之水平地伸n面, 為-標部’其具有-固定端及一自㈣J = 則將因自由端的垂直位移而使樑部,彎 具有一大幅的彈性位移。 弓两亚 換言之,由於外部接合電極12的端部 彈性位移的範圍内產生極大的位#,故舉例而 圖4彈之❸卜部…極12之塑性變形情況的= (彈性位移)τ,安裝半導體裝置w,各 =間,共平面度之變化與各焊塾電: 裝置丨以緊靠如一基板的安裝基板用/住丰導體 於有損壞半導體裝置!及安裝基板的危險。乍用力而免 舉^而言,在以一接合樹脂填 情況下,焊墊電極與半導=v、的電極 線::於外部接合電㈣之 叙炒而…:1 線性熱膨脹係數的差異而變 m二被圖4之位移fh (彈性位移)所吸 保持外部接合電極與安裝基板的焊塾電極之 間的接合狀況,且可提高電性連接的可靠产。 通常,較佳地,如圖3⑴所示,使ΐ部接合電極 五、發明說明(15)
成形為其突出部]2b之水平县厣A 的1· 2倍一1〇件。若异_ 又A為基底部12a之水平長度β 大幅的彈性位:另方:於,的"倍時,將不具有 時,則有礙於大量接腳的廍爾=長度Α大於長度Β的1〇倍 地’將外部接合電極12成;封裝的應用。更佳 倍者。 ,、有長度A為長度B的2倍一5 外部接合電極之侧表面形 — 亦不限定具有上述的尺+ μ ^ 並不限疋為上述的形狀, a、厚度、及寬度ΛΛ 可無限制地設計長度 I 1抓用如J字型及鉤形的各種不 =古 電性連接可靠度之目的,故狀為達成槌冋 5 (Ο戶斤示之倒τ型,並/用將ϋ部接合電極成形為如圖 烊墊電極接觸#一構造。$出;=合電?的兩端部與 狀,而成形為具有肋部者、”不限定為一平面形 的平板F或以不同材料及/或不同形狀 千板裝3又至其上的形式所形成者係皆可採用之。 又,外部接合電極之上表 具有彎曲部12c的形狀。而採用兮滋/如圖5 (b)所示之 極中具有一極大的彈性木用該構^將允許外部接合電 板(舉例而言,一榭浐其:、俾月"用於因應起因於安裝基 晶>1 tm抵:土板)之線性熱膨脹係數與半導體 線性熱如脹係數的差異所導致之水平方向上的位移 而可極之上表面形狀並不限定為上述的形狀, 而可依據所需的彈性位蒋以錄田 形狀。 坪r位移以铋用如S型或鉤形的各種不同
第19頁 510039 五、發明說明(16) 接著說明有關本發明之半導體裝置的第一實施例。 (第一實施例) 第一實施例之半導體裝置lb為具有如圖3 (c)所示之 構造,其中彈性層丨3係形成在半導體晶片i丨與外部接合電 極12的突出部12b之間。 當採用該構造時,在安裝之半導體裝置丨匕中的外部接 合電極1 2經歷彈性變形時,將擠壓彈性層丨3並使其變形, 而彈性層1 3的彈性作用力將因此而增加了外部接合電極】2 的彈性位移。因此,可調整在安裝期間的負載,並可調整 外部接合電極1 2所具有的彈性變形。因此,將可使外部接 合電極12與凸塊22之間的接觸表面具有極大的壓力,從而 提高電性連接的可靠度。 雖然可採用易於成形且具有適當之彈性作用力的一 醯亞胺樹脂(拉伸之彈性模數=近似45〇〇MPa),但本發 明並不限定僅能使用該材料,亦當然可使用其 環氧樹脂)。 ^ 了叶Q如 接著說明有關本發明之半導體裝置的第二實施例。 (第二實施例) 第二實施例之半導體裝置1 c中,如圖3 ( d )所示,r 將其凸塊14成形在外部接合電極12之上。在考慮產^的係 況下’若難以在安裝基板之焊塾電極上形成凸塊=情 採用該構造。此外,可簡化外部接合電極12的形狀,a冬可 之,可在水平方向上進行疊層以形成突出汗言 低生產成本。 彳足而降
較佳地, 1 2b的前端, 形0 將凸塊1 4形成在外部接合電極丨2之突出部 從而使外部接合電極1 2具有極大的彈性變 半導體裝置lc亦具有使絕緣保護膜丨5形成外部接合電 ,12之下表面的構造。該構造將使外部接合電極12免於與 安裝基板的配線直接接觸,從而避免短路之不良現象的發 生並促進更簡單及更高精度的封裝。 若保護膜1 5係由一彈性材料所形成時,則將減小外部 接合電極1 2與接合樹脂接觸的面積,並將免於有礙於外部 接合電極12之彈性變形的因素。 又’保護膜15可當作用以決定半導體裝置1(:與安裝基 板之間的間隔高度的間隔部,並可適當地決定外部接合電 極1 2之彈性位移。 雖然可採用易於成形且具有適當之彈性作用力的一聚 醯亞胺樹脂(拉伸之彈性模數=近似45〇〇MPa)當作上述 的保護膜1 5,但本發明並不限定僅能使用該材料,亦當然 可使用其它材料(如環氧樹脂)。 而如圖6所示,可進一步地採用使外部接合電極1 2以 陣列型式形成在半導體晶片丨丨之上的構造。該構造將允許 極大量接腳之應用。 通常將外部接合電極丨2配置成η X m的陣列(η及m為自 然數)’但當然亦可採用其它陣列型式。 依據安裝基板之焊墊電極位置並依據信號線及接地線 的特性而使外部接合電極1 2具有不同的形狀。
第21頁 五、發明說明(18) 外部接合電極1 2並不限定為其水平突出部丨2b係成形 為伸_長地朝向半導體裝置的内部的型式,舉例而言,如圖 7戶斤&不’外部接合電極1 2之沿著半導體晶片11外侧所配置 出部1 2b可向外延伸,而外部接合電極丨2之沿著半導 -曰曰片11内侧所配置的突出部丨2b則可向内延伸。該構造 將可使各焊墊電極間具有極大的距離,並可免於產生短路 ^ ^ ^現象。該構造亦提高焊墊電極的設計彈性,從而促 進半導體裝置的高密度封裝。 例。接著說明有關本發明之半導體裝置的製造方法之實施 【半導體裝置的製造方法】 多數= 2導體裝置的製造方法為用以製造具有 多數電極之上的外邙接人雷:導體曰曰片、及具有形成在該 外,該半導體裝置藉由接觸而體裝置的方法,此 置的製====;又,本發明之半導體裝 電極之上形成外部接在半導體晶片之該多數 外部接合電極係由電解 鍍法等疊層方法所形成。以^ f、無電解電鍍法、及濺 電鍍法製造半導體裝置的 主多考附圖,俾說明以無電解 參見為半導體裝置之製 以說明有關本發明之丰方法的放大示意圖之圖8, )顯示形成第的製造方法,其中圖“a 幻°】面圖、圖8 (b)顯示形成第一 510039 五、發明說明(19) 電鍍部後的剖面圖、圖8 (c) _ 圖、圖8 U)顯示形成第三電鑛 ^二遮罩後的剖面 )顯示移除遮軍後的剖面圖。 ϋ面圖、及圖8(e 圖8 (a)中,首先將第一遮罩 … 下表面之非電極所在(未圖示) 半導體晶片11 形步驟),接著,進行圖8 (b)所二 (即第一遮罩成 電鍍部17的步驟(即第一電鍍步驟^、。乂噠層法形成第一 而所形成之第一電鍍部17即構 層法所形成之基底部丨2a。 。卩接合電極之由疊 接遮罩 口部的 從而使 度。 性的金 常使用 將第二 突出部 ,進行 (第二 部1 9即 (未圖示) 侧表面上, 以疊層法所 當作電鍍材 如鋁的金屬 遮罩1 8形成 所在之區域 圖8 ( d )所 電鍍步驟) 構成外部接 所示之移除第一遮 驟),從而在半導 預先藉由一催化劑黏 黏接至第一遮阜丨6中之開 半導體晶片11的電極上, 鍍部17具有極佳的尺寸精 通常將具有極佳導電 並不限制僅使用金,亦通 其次’圖8 (c)中, 之非外部接合電極的水平 一遮罩成形步驟),接著 形成苐—電鍛部19的步驟 而所形成之第二電鍍 平突出部12b。 其次,進行圖8 ( e ) 罩18的步驟(遮罩移除步 成外部接合電極1 2。 而將一催化劑 並將其黏接至 形成之第一電 料,但本發明 〇 在第一遮罩1 6 的局部上(第 示之以疊層法 〇 合電極1 2的水 罩1 6及第二遮 體晶片11上形
第23頁 510039 五、發明說明(20) 依此方式’即可高效率地製造具有極佳尺寸精度之極 小化的外部接合電極1 2。 士如圖8 (d)所示,當藉由疊層法以形成第二電鍍部19 時,在圖8 (c )所示之形成第二遮罩18的步驟之後將可藉 由濺鍍法之疊層方法而形成外部接合電極之水平延伸的局 部。而採用此方法時,將可使第一電鍍部丨7之疊層的形狀 具有極正確的厚度。 ,亦經常採用之製造方法中,將具有彈性的聚醯亞胺樹 脂當作第一遮罩16的材料,並在圖8 (d)所示之以疊層法 形成第二電鍍部19的步驟之後,僅移除第二遮罩18。而由 於此方法將使彈性層1 3形成在以疊層法形成第一遮罩丨6的 步驟中,故此方法將可增加產能。 半導體裝置的製造方法將可高效率的製造具有極佳尺 寸精度之極小化的外部接合電極。 此外,將可藉由如同圖8 (c)所示之形成第二遮罩18 的方法而形成圖3 (d)所示的保護膜15。 雖然未加以圖示,但將可 鍍法、及印刷法等方法形成外 本發明之半導體裝置並不 製造者’而可以另一種製造方 片11之中分割以疊層法形成之 所示’這些外部接合電極1 2將 電連至半導體晶片11的電極( 黏接劑的材料)。 藉由如電鍍法、蒸鍍法、濺 部接合電極1 2上的凸塊。 限定為以上述之製造方法所 法所製造,其中從半導體曰 /lit日曰 外部接合電極1 2,且如圖9 接著藉由一導電材料而使其 詳言之,如導電膏32或導^
五、發明說明(21) 圖9 ( a )中,〜& 置及形狀,而將M 一々f外部接合電極12之突出部12b的位 的疊層之平板3〇: 7 fiUb成形在由破璃之材'料所構成 圖9(b)所示之以^第";遮罩成形步驟),接著,進行 第一電鍍步驟)。且曰法形成第一電鍍部17b的步驟(即 而以疊層法你:"二、 電極1 2的突出部丨2b\、之第一電鍍部1 7b即構成外部接合 其次,圖9 r p+ 置及形狀,而將第)丄1據/卜部接合電極之基底部的位 鑛部i 7 b之上(第第;=b ;形在第-遮單1 6 b及第-電 )所干之以Λ 成形步驟)H,進行圖9 (d 部步驟)。且 成第二電鑛部19b的步驟(第二電鍍 基底形成之第二電鍛部⑽即構成外部接合電祀2的 機其及V罩 =9 (e)所示,將已藉由疊層法而形成在遮 皁ibb及遮罩18b之上的外邱垃人番技1〇卜, 1 h芬/ + * ^感卩接合電極12經由位在基底部 12a及/或丰體晶片u之電極(未圖示)之上的一 =(導電膏32 )而電連至半導體晶片 步二,t後’藉由移除疊層之平板3〇而將第一 =口 及第一電鍍部l9b所構成的外部接合電極12成形在 體晶片11之上。 採用此方法將可高效率地製造具有極佳尺寸精度之 =的外部接合電極,且進—步地,將易於更換 片11的尺寸。 θ
第25頁 510039 五、發明說明(22) 此外,藉由 半導體晶片1 1後 半導體晶片11的 本發明之半 而製造。 首先,如圖 體晶片1下表面1 一遮罩成形步驟 法形成第一電鍍 於此,將藉 並構成外部接合 其次,如圖 遮罩1 6之非外部 上(即第二遮罩 之以疊層法形成 將黏接劑塗佈至第二遮罩18b並接著接合 ,將可使外部接合電極1 2更穩固地連接至 電極。 導體裝置亦可由圖10所示之電解電鍍方法 10 (a)所示,將第一遮罩16成形在半導 之非電極(未圖示)所在的局部上(即第 ),接著,進行圖1 〇 ( b )所示之以疊層 部17c的步驟(即第一電鍍步驟)。 由電解電鍍方法而形成具有球狀之突出端 電極12之基底部i2a的第一電鍍部17c。 10 (c)所示,將第二遮罩18c形成在第一 接合電極的水平突出部所在之區域的局部 成形步驛),接著,進行圖丨〇 ( d )所示 第二電鍍部19c的步驟(即第二電鍍步驟 於此,所形成之第二電鍍部丨9 c即構成外部接合電極 12的水平突出部丨2b。 其次’如圖10 (e)所示’移除第一遮罩16及第二遮 人即遮罩移除步驟),俾能完成半導體晶片η之外 部接合電極1 2的成形步驟。 托社方式,將藉由電解電鍍方法而高效率地製造具有 j‘尺寸精度之極小化的外部接合電極12 ,由於將 第一電鍍部m的頂端成形為突出
球形且更由於形成第- 17c的曲面,故可第山一遮罩18c以局部地覆蓋第一電鍍部 接合電極。 精由疊層法而形成具有L形侧表面的外部 例 其次說明有關本發 明之半導體裝置封裝構造的實施 【半 參見 半導體裝 裝半導體 導體裝置 圖11 安裝在其 造中,係 線21,而 極,且在 接合至基 導體裝置封裝構造】 ^ 放大示恩圖之圖1 1,用以說明有關本發明之 封裝,造的實施例,其中圖丨丨(a )為顯示安 、置之則的剖面圖,而圖丨丨(b )則顯示安裝半 之後的剖面圖。 中’半導體裝置封裝構造係將半導體裝置1 :、、、安裝基板之基板2之上的封裝構造;而在此構 使半導體裝置1之外部接合電極12電連至基板配 基板配線21則為已成形在基板2之上的焊墊電 此構造中’係藉由接合樹脂3而將半導體晶片11 板2 〇 此外’外部接合電極1 2將在其突出部1 2b及其基底部 1 2a白維持彈性變形的狀態下,而透過凸塊22與基板配線 21接觸,從而將可吸收外部接合電極12之上表面與凸塊22 之間的共平面度變異;並在安裝半導體裝置丨時,將可滅 小壓住半導體裝置1以使其緊靠著基板2的外部作用力大 小;並免於有損壞半導體裝置1及基板2的危險。 較佳地,將凸塊22成形在基板配線21之上,而在此情 況下,將可用疊層法水平地形成外部接合電極,外部接合
五、發明說明(24) 電極之傾斜端部則不需加 *於藉由接合樹脂3 a -而能增加。 故環境溫度上的變化牛導體裝置1接合至基板2, 的線性熱膨脹係數:j月旨3與外部接合電極1 2之間 叫的電極之間的::造與半導體晶 12的彈性位移而吸收此距離變動、而因:可由外部接合電極 及凸塊22將保持接觸 二卜部接合電極12 技術上而+ ,立」徒同電性連接的可靠度。 Μ或更小:P; : ?貧的接合方式將難以應用於具有 體f置1另 > 〜0距、锨小外部接合電極1 2,但在對半導 部接合電極H度封裝體進行極小化之後,將可藉由使外 合半導#曰y/、凸塊22接觸並藉由接合樹脂3機械式地接 裝置1鱼美:2、! = ί ί電性連接後,而實現不會對半導體 &板2造成損壞的效果。 讲採用一種半導體裝置封裝構造,其中將間隔部23 二〜坐、、導體裝置1與基板2之間。此構造將易於並正確地 …“導體波置1之高度方向上的位置e,從而能適當地設 疋外部接合電極1 2的彈性位移。 一另舉例而言,間隔部2 3並不限定為該形狀,且可在半導 體農置1的各角落上形成定位記號,用以定位半導體裝置 1 °又’間隔部2 3係可為預先裝設至半導體裝置1或裝設至 基板2的構造。 (半導體裝置封裝構造的第〆實施例) 本發明之半導體裝置封裝構造並不限定為上述構造, 舉例而言’可採用圖1 2所示之具有彈性層1 3的半導體裝置 第28頁 510039 五、發明說明(25) --- 1。而當採用該構造時,在半導體裝置1中之外部接合電極 1 2經歷彈性變形時’亦將使彈性層】3變形。故彈性^丨3的 彈性作用力將因而增加外部接合電極丨2的彈性作用力,w 而當安裝半導體裝置1並在外部接合電極12具有彈性變开^ 的情況時,將可調整兩負載。 v 因此,將可使外部接合電極12與凸塊22之間的接觸表 面具有極大的壓力,從而提高電性連接的可靠度。 (半導體裝置封裝構造的第二實施例) 又,如圖13所示,亦可採用具有彈性層13、凸塊14、 及保護膜15的半導體裝置1。在此封裝構造中,由於已將 凸塊14成形在外部接合電極12之上,故不在基板配線上_ 置凸塊。 < 而採用此構造將使其中的外部接合電極丨2由於保護膜 1 5的存在而與接合樹脂3有較少的接觸區域之一結構,所 以,在因半導體裝置溫度上的增加所引起之接合樹脂3的 距離變動的期間内,外部接合電極丨2將不會受到負面影響 並極易於經歷彈性變形。因此,將可使其與基板配線^之 間達成更可靠的電性連接,並提高接合的可靠度。 此外’保護膜1 5的存在將使外部接合電極丨2與基板配 線21之間免於有接觸的危險,因而促進安裝並因免於有半 導體裝置之短路的不良現象而提高其可靠度。 (半導體裝置封裝構造的第三實施例) 本發明之半導體裝置封裝構造將具有極廣泛的應用, 舉例而言,如圖1 4所示,可採用一種構造,其中外部接合
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電極1 2之突出部1 2 b向外延伸,並使一凹陷部3 4形成在 向的基板配線21之間。而採用此構造將在不需設置凸' 外部接合電極12或基板配線21之上的情況下,即允許外邱 接合電極12在維持彈性變形的狀態時,同時能接觸二 線21。 配 其次說明有關本發明之半導體裝置的安裝方法實施 例0 【半導體裝置之安裝方法】 —本發明之半導體裝置的安裝方法為用於將半導體裝置 1安裝至基板2之上的方法,而該半導體裝置J則具有如圖 γ a )所示之外部接合電極丨2,而當其維持彈性變形狀 L %,亦同時與凸塊22接觸,從而與基板2之基板配線2^ 電連。本安裝方法首先具有預先施加接合樹脂3至基板2的 乂驟’俾能將半導體裝置丨接合至基板2 (接合樹脂施加 驟)。 y 其次,舉例而言,當施加外部作用力(負載)至半導 體裝置1時’將同時使接合樹脂3硬化,以使外部接合電極 1 $在維持著彈性變形的狀態時,亦同時與基板配線21接觸 (接合步驟)。 1 2鱼在此步驟中,當對正半導體裝置1以使外部接合電極 12/、凸魏22面對面時,將其面朝下地置放,並壓住半導體 裝置1使其緊靠著基板2,故將擠壓接合樹脂3並使其散 開 而外部接合電極1 2則將在經歷彈性變形時,同時接觸 &塊22而與其電連。
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採用本方法將可使外部接合電極丨2在其彈性位移的範 圍内’與基板配線2 1相孝,即在低負載的情況下令兩者相 連’從而使半導體裝置1及基板2免於有損壞的危險,更能 提高電性連接的可靠度。 當壓住半導體裝置1使其緊靠基板2時,半導體裝置1 將接觸接合樹脂3,而在此狀態下硬化接合樹脂3,即可使 半導體裝置1固設於基板2。 供應接合樹脂3的次數並不限定為1次,舉例而言,本 安裝方法將包含在短路測試之後所需的暫時接合的供應接 合樹脂3、接著亦包含對已通過目檢而必須經歷永久接合 之封裝的供應接合樹脂3。 再者’並不限定接合樹脂3僅能施加至基板2,接合樹 脂3亦可塗佈至半導體晶片j!或塗佈至基板2及半導體晶片 11兩者上。 當接合樹脂3硬化時所產生之收縮作用力係可當作施 加至半導體裝置1的外部作用力,在此情況下,壓住半導 體波置1使其緊靠基板2的壓制設備將可有極小的尺寸,從 而降低壓制設備的成本。 因此,本發明係為一種有效地安裝半導體裝置的安裝 ^法,而透過使用該安裝方法,將可藉由本方法而對且有 月匕儲存大幅之彈性位移的外部接合電極之半導體 極大之產能及極佳之品質的封裝操作。 以上所述者,僅為了用於方便說明本發明之較佳實施 ,而並非將本發明狹義地限制於該較佳實施例。凡依本
510039 五、發明說明(28) 發明所做的任何變更,皆屬本發明申請專利之範圍。
第32頁 ------ 圖式簡單說明 圖1為^0 圖,其中圖s月習知之半導體裝置及其安裝方法的示意 後的剖面圖。(a)為安裝前的剖面圖、及圖1 (b)為安裝 圖2為约 位移與負、蕾明習知安裝半導體裝置時,其金屬電極中之 圖3為^之_間的關係之示意圖。 意圖:复'中顯^示依據本發明之半導體裝置實施例的放大示 電極的外觀=3 U)顯示剖面圖、圖3 (b)顯示外部接合 3 ( d )顯示筮、,3 ( c )顯示第一實施例的剖面圖、及圖 第—貫施例的剖面圖。 電“之明之安裝半7裝置時,其金屬 圖5為龜二負载之間的關係之示意圖。 的放大示专圖厂^^明之半導體裝置的外部接合電極例示 外部接2圖5 (〇顯示具有倒T形狀侧表面之 表面本Λ明Λ半導體裝置的外部接合電極在下 大不意圖。 圖8為顯示依據本方發向:之放丰大導示/广 大示意圖,其中圖8體裝置的製造方法之放 圖、圖8 (b) _示在U j形成第—遮罩後的剖面 在形成第二遮罩後的的剖面圖、圖8 (〇〇顯示 的剖面圖、及圖8 在;;=示在第二電鑛後 秒除遮罩後的剖面圖。 第33頁 MUUJy 圖式簡單說明 圖9為顯示依撼太i 示的放大示意圖,其中日:)半導體一裝置的製造方法之例 剖面圖、圖9 (b )顯示^键(3> )顯不在形成第一遮罩後的 顯示在形成第二遮單後一電鍍後的剖面圖、圖9 (Ο 鍍後的剖面圖、及圖9 f ^面圖、圖9⑷顯示在第二電 面圖。 及圖9 (e)顯示連接至半導體晶片後的剖 圖W顯示依據本發明之半 的放大示意圖,复中午導體滅置的製造方法之例示 剖面圖、圖10 (b、)顯回(:)顯示在形成第-遮罩後的 )顯示在形成第二摘、罝%在苐一電鍍後的剖面圖、圖10 (C 二電鍍後的剖面:面圖、圖10⑷顯示在第 面圖。 圖0 ( e )顯示在移除遮罩後的剖 圖U為顯示本發明之半 放大示意圖,复中導體裝置封裝構造的實施例之 剖面圖、及圖^ (b } g a顯示在安裝半導體裝置前的 圖。 口 1 (b)顯不在安裝半導體裝置後的剖面 例之本導體裝置封裝構造的第-實施 前的剖面圖、及圖乂、Va)顯示在安裝半導體裝置 面圖。 圖2 (b)頌示在安裝半導體裝置後的剖 例之放大;:;本:::1導體裝置封裝構造的第二實施 前的剖面圖:及圖乂 )Va)顯示在安裝半導體裝置 面圖。 及圖13 (b) _示在安裝I導體裝置後的剖
510039 圖式簡單說明 圖14為顯示本發明之半導體裝置封裝構造的第三實施 例之放大示意圖, 其中圖14 (a)顯示在安裝半導體裝置 前的剖面圖、及圖 14 (b)顯不在安裝半導體裝置後的剖 面圖。 【符號說明】 卜 lb、lc、110〜半導體裝置 1卜 半導體晶片 12〜 外部接合電極 13〜 彈性層 14 • 2 2〜凸塊 15〜 保護膜 16、 • 16b〜第一遮罩 17 ’ • 17b、17c〜第- -電鍍部 18、 • 18b、18c〜第二 二遮罩 19, 、19b、19c〜第二電鍍部 12a 〜基底部 12b 〜突出部 12c 〜幫曲部 111 〜金屬電極 120 、3〜接合樹脂 130 、2〜基板 131 、21〜基板配線 23〜 間隔部
第35頁 510039 圖式簡單說明 30〜疊層之平板 32〜導電膏 3 4〜凹陷部 A、B〜長度 C、D〜尺寸 X〜方向 第36頁 (»11

Claims (1)

  1. /、、,謗專利範厨 種半導體裝置,包含: :導體晶片’已具有複數之電極形 焊墊電極; 之 J數之外部接合電極,係電連至:上,·及 蕾枕· 女裝基板的複數 狀態時,將同時接觸該複數之焊墊電 :中:ΐ:ί之外部接合電極在保持著-彈性變形的 極 該半導體晶片的該複數之 項之半導體裝置,其中以-疊層法 傲默 < 外部接合電極形成在 電極之上。 3邱專利範圍第1項之半導體裝置中該複數之外 W接合電極的侧表面為L型。 專利範圍第1項之半導體裝置,其中該複數之外 邓接5電極的上表面具有一彎曲部。 t如!請專利範圍第1項之半導體裝置,其中將複數之公 塊形成在該複數之外部接合電極之上。 6:如申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中將一彈性層 升y成在《亥複數之外部接合電極與該半導體晶片之間。 了·如申請專利範圍第丨項之半導體裝置,其中將具有一絕 六、申請專利範圍 緣特性的一保護膜形成該複數之外部接合電極的下表面。 8人Ϊ Ζ Ϊ :乾^第1項之半導體裝置,’中將該外部接 口%極配置成一陣列。 9福:!L專Γ範圍第1項之半導體裝置,*中-部份的該 複數之外部接合雷h 向該半| # S H ^ f或所有之該複數之外部接合電極係朝 片的内部延伸,或朝向該半導體晶片的外部 A 一種半導體裝置的製造方法,包含以下步驟: 形成複數之電極於一半導體晶片之上;及 雪&形成複數之外部接合電極於該半導體晶片的兮滿龄夕 ’其電連至-安襄基板的複數之焊塾“ 合電極在保持著-彈性變形的狀態時 之焊墊電極而建立電性連接。 妾觸該複數 如申請專利範圍第10項之半導體裝置的製 中形成複數之外部接合電極於該半導體晶片的該$複’之雷 亟之上的該步驟為藉由一疊層法將該炀 形成在該半導體晶片之該複數之電極的—步^接合電極 12.如申請專利範圍第1〇項之半導體裝置的製造方法,其
    第38頁 510039 六、申請專利範圍 =形成複數之外部μ電極於該I導體晶片# 極之上的該步驟,更包含以下步驟: 1數之電 體曰ϊί一法將該複數之外部接合電極形成在該半導 ^片的-遮罩上,並經由-導電材料而使 接合電極電連至該^體晶片的該複數之電極。 μ 13· —種半導體裝置封裝構造,包含: 一安裝基板,具有複數之焊墊電極形 一半導體裝置,具有以疊層法而开彡士 八 ’ 肉形成在一丰導艚曰Η 的複數之外部接合電和5,且當該i數 g 在保持著一彈性變形的狀態時,將同時 i = α電極 電極;及 才接觸該複數之焊墊 板一接合樹脂,用以將該半導體裝置接合至該安裝基 14·如申請專利範圍第13項之半導體裝置封裝構造,其 將複數之凸塊形成在該複數之焊墊電極之上, 凸塊形成在該複數之外部接合電極之上。 $ ’ $ 之 15·如申請專利範圍第13項之半導體裝置封裝構造,盆 在該半導體晶片與該安裝基板之間設置一間隔部,〃以 該半導體晶片的南度方向進行定位。 16 一種半導體裝置之安裝方法,包含以下步
    第39頁 六、申請專利範園 預先供應具有複數之焊墊電極的一安裝基板及/或 ^供應具有複數之外部接合電極的一半導體裝置,並使 一接合樹脂,俾能將該半導體裝置接合至該安裝基板· ,化該接合樹脂,俾能當該複數之外部接合電極佯 二;狀態時,則該複數之外部接合電極將同ί: 觸該複數之焊塾電極。 钱 U 1 = Iσ脂硬化時所產生的一收縮作用力,俾能$ 以使该複數之外部接合電極保持卜彈性變形狀態卑月匕用
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