JP3462282B2 - 樹脂封止型半導体装置、電子回路装置およびこの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、樹脂封止型半導体装置
および電子回路装置に係わり、特に片面封止型半導体装
置、並びにボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージ
を実装した電子回路装置およびこの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、表面実装型多端子ＬＳＩパッケー
ジとして、パッケージの４つの側面からリードが導出さ
れたＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）が
広く知られている。このＱＦＰパッケージは、製造コス
トが低く、端子間のピッチを狭くすることによって、パ
ッケージの寸法を変えることなく入出力端子の増加が可
能であることから、種々の機器に使用されてきた。例え
ば、ピッチ間隔は、これまでの１ｍｍから徐々に０．４
ｍｍへと短くなり、端子数は２５０ピンまで増加してい
る。しかしながら、ＱＦＰのリード端子は変形し易いも
のであり、端子が変形すると、パッケージをプリント基
板に正常にはんだ付けできなくなるおそれがでてくる。

【０００３】また、最近では、Ｉ／Ｏピンの増加に伴っ
てＯＬＢ（Ｏｕｔｅｒ ＬｅａｄＢｏｎｄｉｎｇ）ピッ
チが狭くなり、従来のＱＦＰでは回路配線基板への接続
が困難となりつつある。

【０００４】そこで、半導体素子をＯＭＰＡＣ（Ｏｖｅ
ｒｍｏｌｄｅｄ Ｐａｄ Ａｒｒａｙ Ｃａｒｒｉｅ
ｒ）化することで配線基板への接続を可能にする方法が
新たに提案されている（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐａｃ
ｋａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐ２５
Ｍａｙ １９９２）。このＯＭＰＡＣパッケージは、
ＰＧＡ（Ｐｉｎ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージの
ピンの代わりに、パッケージ基板の裏面に形成されたは
んだバンプ電極を、パッケージと回路配線基板との接続
に用いる構造であり、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａ
ｒｒａｙ）パッケージとして知られ、高密度パッケージ
技術の主流となりつつある。

【０００５】ＢＧＡパッケージにおいては、端子である
球形のはんだバンプは、パッケージ基板の裏面に二次元
のアレイ状に配列されているので、端子ピッチはＱＦＰ
よりもはるかに広くなる。また、端子をはんだで形成し
たＢＧＡパッケージは、はんだ組成を均一にすることに
より、他の表面実装型部品とまとめてはんだ付けも可能
である。したがって、実装時における不良発生率は、プ
ラスチックＱＦＰよりもはるかに低くなる。また、端子
数を増加させることによって、ＬＳＩチップから放熱用
スルーホールを通じてはんだ端子に熱を逃し、熱抵抗を
減少させることができるので、高発熱パッケージに対し
ても有利である。

【０００６】このようなプラスチックＢＧＡは、基板の
裏面に入出力用のはんだ端子を有しているので、基板で
ある金属製フレームの上にＬＳＩチップを実装し、モー
ルド樹脂で基板の上下を封止するような、ＱＦＰ等の従
来のＬＳＩパッケージとは異なる構造である。すなわ
ち、プラスチックＢＧＡの基板は、プリント配線基板と
同じ材質からなる樹脂製であり、この上にＬＳＩチップ
を搭載した後、チップが搭載された基板の上面のみがモ
ールド樹脂で覆われる。

【０００７】このため、プラスチックＢＧＡにおいて
は、樹脂の収縮による基板の反りは避けられない問題で
あった。基板の反りは、パッケージ寸法が大きくなるに
したがって、すなわち、端子数が増加するにしたがって
増大する。はんだ端子底面の高さのばらつきは、例え
ば、１３０μｍにも及ぶことがあり、３００ピンを越え
るような多端子ＬＳＩパッケージの製造は難しいと予想
されている。

【０００８】このため、端子数の増加が妨げられ、現在
のＢＧＡの端子数は、ＱＦＰでも十分に供給し得る端子
数であるので、プラスチックＢＧＡの利点を十分に得ら
れないのが現状である。

【０００９】一方、ＢＧＡパッケージを回路配線基板に
実装して電子回路装置を製造するにあたっては、バンプ
によって接続するために、従来のフリップチップ実装の
場合と同様にバンプ電極部分に応力歪みが発生するとい
う問題がある。この応力歪みは、バンプ電極を破壊する
原因となり、さらには電子回路装置の信頼性寿命を低下
させることになる。

【００１０】なお、信頼性寿命は、下記式（１）で表さ
れるサイクル寿命の式において、バンプ電極に発生する
最大剪断歪γ_max を減少させることによって向上するこ
とが知られている（ＩＢＭ Ｊ．Ｒｅｓ．Ｄｅｖｅｌｏ
ｐ．，１３；２５１（１９６９））。

【００１１】 Ｎｆ＝Ｃｆ^1/3 γ_max ・ｅｘｐ（１４２８／Ｔ_max ） （１） （Ｃ；定数、ｆ；周波数、Ｔ_max ；最大温度） ここで、最大剪断歪γ_max は、下記式（２）で表され
る。

【００１２】 γ_max ＝｛１／（Ｄ_min ／２）^2/β｝（Ｖ／πｈ^1+β）^1/β・ｄ・ΔＴ・Δα （２） （Ｄ_min ；最小バンプ径、β；材料定数、Ｖ；はんだ体
積、ｈ；はんだ高さ Δα；熱膨張係数の差、ΔＴ；温度差、ｄ；チップ中心
からバンプ中心までの距離） したがって、従来のフリップチップ実装技術において
は、以下に挙げるような手段を用いてバンプ電極に発生
する応力を減少させてきた。すなわち、（１）半導体チ
ップの中心点からバンプ電極の中心までの距離を小さく
する、（２）半導体チップの熱膨張係数と回路配線基板
の熱膨張係数との差を小さくする、（３）接続部の温度
変化が大きくならないように放熱性を向上させる、
（４）発生する応力歪みを充分に吸収できるようにバン
プ電極の構造を改良する、（５）半導体チップと回路配
線基板との間隙に樹脂を充填することによってフリップ
チップ実装構造を強固にする等の手段である。

【００１３】これらの方法の中でも特に、（５）のよう
に半導体チップと回路配線基板の間隙に樹脂を充填して
チップと回路配線基板とを樹脂によって一体化すると、
応力歪みによる半導体チップの変位量と回路配線基板の
変位量とを一致させることができるので、電子回路装置
の信頼性が向上する。近年のフリップチップ実装におい
ては、熱膨張係数が極めて大きいガラスエポキシ基板が
用いられているので、このようにチップと基板との間隙
に樹脂を充填する方法が、信頼性の向上のために極めて
有効であるとされている。

【００１４】なお、方法（５）を用いた従来のフリップ
チップ実装構造は、図１６に示すような構造である。す
なわち、回路配線基板５１の表面に半導体チップ５２が
バンプ５３によって実装されており、基板５１と半導体
チップ５２との間隙には、樹脂５４が充填されている。

【００１５】具体的には、例えば、樹脂を充填する方法
（特開昭６１−１９４７３２号公報）、紫外線硬化樹脂
を封止する方法（特開昭６２−２５２９４６号公報）、
常温硬化樹脂で間隙を封止する方法（特開昭６３−１３
３３７号公報）、さらには、封止する樹脂の物性を最適
にする方法（特開平４−２１９９４４号公報）など多く
の方法が挙げられる。

【００１６】しかしながら、未硬化の熱硬化性樹脂を予
めポッティングした回路配線基板上に半導体チップを圧
着する方法では、バンプ電極と回路配線基板との電極端
子部分に樹脂が残留しやすく、接続抵抗が高くなるとい
う問題があった。

【００１７】そこで、半導体チップを回路配線基板の上
に配置し、半導体チップと回路配線基板との間隙近傍
に、流動性を有する未硬化樹脂をポッティングし、毛細
管現象を利用して間隙全体に樹脂を含浸させた後、樹脂
を硬化させる方法（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏ
ｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆ
ｅｒｅｎｃｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ，１９９３ ｐ１
７５）が提案されており、この方法をＢＧＡパッケージ
の実装の際に適用することが考えられる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ＢＧＡパッケージにお
いて樹脂封止の際に発生する基板の反りの問題を解決す
るために、構造に工夫を施したパッケージがいくつか開
発されている。その一つとして基板の厚さを増大させる
ことが提案されているが、パッケージ全体の厚さが増大
してしまい、さらに放熱特性の低下、コストの増大等の
問題が発生する。セラミックス製の基板を用いると、基
板の反りを防止することができるが、この場合にはコス
トや製造工程が増加してしまう。

【００１９】また、ＱＦＰ等の従来のパッケージの場合
には、上下の金型が完全に噛み合って形成された空間に
樹脂を充填することによって封止されるので、金型の隙
間から流れ出す樹脂バリは問題とはならなかったが、Ｂ
ＧＡパッケージでは金型とプラスチック基板との間に樹
脂を流し込むことによって封止するために、プラスチッ
ク基板の精度や変形に起因して、樹脂バリの発生が大き
くなるという問題がある。

【００２０】一方、ＢＧＡパッケージを回路配線基板に
実装する場合には、従来のフリップチップ実装技術を適
用しても、信頼性を向上させることが不可能であった。
すなわち、パッケージと回路配線基板との間隙に樹脂を
含浸した場合には、この間隙の寸法が１００〜２００μ
ｍと、フリップチップ実装の場合（２０〜５０μｍ）に
比較して大きいため、毛細管現象によって樹脂を間隙全
体に含浸させることができなかった。また、間隙寸法に
加えて、ＢＧＡパッケージ寸法も半導体チップより大き
いため、温度サイクルにより発生する応力もフリップチ
ップ実装の場合と比較して大きくなる。このため、間隙
に配置された樹脂によって応力を緩和しきれず、樹脂自
体が破壊してしまった。

【００２１】間隙への樹脂の含浸を容易に行なうために
バンプ電極高さを低くしても、含浸速度を十分に増加さ
せることはできず、石英フィラを添加することによって
樹脂の熱膨脹係数を２０ｐｐｍ／℃〜４０ｐｐｍ／℃に
減少させた場合には、含浸速度が極めて遅くなってしま
った。

【００２２】正方形状を有するパッケージの一辺に樹脂
をポッティングするため、樹脂の含浸速度が遅いと、他
の３辺に対しては樹脂が均一にパッケージ周囲に配置さ
れなくなる。その結果、パッケージの一辺に応力が集中
し、パッケージ全体が基板から剥がれるという現象が生
じた。

【００２３】また、圧接時間を充分に長くして緩やかに
圧接を行った場合には、リフローの際に樹脂が変形して
しまい、いずれの手段を用いても、ＢＧＡパッケージの
回路配線基板への実装においては、基板との間隙に樹脂
を配置することによって、バンプに加わる応力を低減す
ることは困難であった。また、たとえ含浸が可能であっ
たとしても、含浸に時間が極めて長くかかるために工程
上問題があった。

【００２４】そこで、本発明は、半導体チップが実装さ
れた基板の面のみを樹脂封止する半導体装置であって、
パッケージ基板の反りを低減した樹脂封止型半導体装置
を提供することを目的とする。

【００２５】また、本発明は、ＢＧＡパッケージ基板と
回路配線基板との間のバンプに発生する応力歪みを低減
し、信頼性寿命を向上させた電子回路装置、およびその
製造方法を提供することを目的とする。

【００２６】

【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、裏面に入出力端子用のはんだバンプが二
次元に配列された基板と、この基板の表面に実装された
半導体素子とを具備し、前記半導体素子が実装された基
板の表面を、片面に収縮防止板が取り付けられた樹脂シ
ートで封止したことを特徴とする樹脂封止型半導体装置
を提供する。

【００２７】

【００２８】さらに、本発明は、裏面に入出力端子用の
はんだバンプが二次元に配列されたパッケージ基板、お
よびこの基板の表面に実装された半導体素子を含む半導
体パッケージと、前記パッケージを接続搭載する回路配
線基板とを具備する電子回路装置において、前記パッケ
ージ基板と回路配線基板との間隙に、厚さ方向において
段階的に熱膨張係数を異にする熱硬化性樹脂シートを配
置したことを特徴とする電子回路装置を提供する。

【００２９】以下、本発明を詳細に説明する。

【００３０】本発明の樹脂封止型半導体装置において、
半導体素子を実装する基板の材質としては、プラスチッ
ク、フィルムキャリア、およびセラミックス等が上げら
れ、具体的には、リードフレーム、ＴＡＢ等を使用する
ことができる。

【００３１】特に、本発明は、回路配線基板に実装され
る側の面に入出力端子用の球形のはんだバンプが二次元
に配列されたボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケー
ジの場合に効果を発揮する。

【００３２】また、本発明において基板に実装される半
導体素子の種類は、特に制限されない。

【００３３】以下、本発明の樹脂封止型半導体装置の第
１の態様について詳細に説明する。

【００３４】半導体素子が実装された基板の面を封止す
るために用いられる未硬化樹脂は、ワイヤー、インナー
リードやチップ表面に対するダメージ、さらに成形性等
を考慮すると、加熱された際の溶融粘度が３０００Ｐａ
・ｓ以下であることが望まれる。なお、溶融粘度が１０
００Ｐａ・ｓ以下であると、良好なパッケージが得られ
るのでより好ましい。一方、金型と半導体チップを搭載
した基板との間からの樹脂の流出を防ぐためには、ある
程度の高粘度である必要が有り、２０Ｐａ・ｓ以上であ
ることが求められる。特に、５０Ｐａ・ｓ以上にすると
バリの発生が少ない。

【００３５】本発明においては、予めシート状に成形し
た未硬化樹脂を使用して半導体装置を製造する。

【００３６】図１に、樹脂シートを用いた封止方法の具
体例を表わす工程図を示す。

【００３７】まず、図１（ａ）に示すように半導体素子
３がボンディングワイヤ４によって実装された基板１の
上に封止用樹脂シート５を配置する。なお、基板１の裏
面には、入出力端子用のはんだバンプ２が二次元に配列
されている。

【００３８】次に、図１（ｂ）に示すように外側金型７
を締め、パッケージとの隙間を埋めてバリの発生を抑え
る。最後に、図１（ｃ）に示すように内側金型８を締め
て、加圧しながら樹脂を硬化させることによって、第１
の態様の樹脂封止型半導体装置が得られる。

【００３９】なお、圧縮成形の際には、ボイドの発生を
防止するために、金型内を減圧することもできる。さら
に成形後にパッケージの各種特性を向上させるために、
アフターキュアを行うことが望ましい。

【００４０】また、用いられる金型の寸法は、樹脂シー
トの寸法と等しいか、幾分大きいことが好ましく、一
方、金型内の容積は、樹脂シートの体積より幾分小さく
して、成形時に樹脂が加圧されるように設計したものを
用いることが望ましい。さらに、加圧時に余分な樹脂を
放出できるように、エアベンドを金型に設けてもよい。

【００４１】このように樹脂シートを用いることによっ
て、封止工程がインライン化できるので、多品種少量生
産に適したフレキシブルな製造方法となる。すなわち、
半導体チップを接続した片面配線基板をベルトの上に載
せて搬送しつつ、所定の寸法にカットされた封止用樹脂
シートをマガジン方式で供給することにより、連続工程
で封止を行うことができる。

【００４２】本発明においては、成形後の樹脂の弾性率
および力学正接損失Ｔａｎδが特定の範囲の樹脂層を用
いる。

【００４３】以下、材料の弾性と粘性とについて詳細に
説明する。

【００４４】いかなる材料でも、弾性と粘性とを多かれ
少なかれ併せもつ粘弾性体であり、正弦的に振動を与え
た動的粘弾性測定を行なうと、刺激としての力（応力）
と応答して歪みとの間に位相のずれが生じる。

【００４５】材料を図２（ａ）に示すような弾性体と粘
性体との組み合わせと仮定して定常的な振動歪み γ（ｔ）＝γ₀ ｅ^ｉωt としたとき、応力緩和時間をτとすると応力は、 σ（ｔ）＝Ｇγ₀ （ｉωτ／（１＋ｉωτ））ｅ^ｉωt となり、Ｇγ₀ （ｉωτ／（１＋ｉωτ））となる振幅
で角速度ωの振動を行なっていることを示している。

【００４６】弾性率の定義としての応力を歪みで割った
値、すなわち、σ（ｔ）／γ（ｔ）を複素弾性率Ｇ^* と
すると、 Ｇ^* （ｉω）＝Ｇ（ｉωτ／（１＋ｉωτ）） ＝Ｇ´（ω）＋ｉＧ''（ω） ここで、 Ｇ´（ω）＝Ｇ（ω² τ² ／（１＋ω² τ² ）） Ｇ''（ω）＝Ｇ（ωτ／（１＋ω² τ² ）） 関数Ｇ´（ω）およびＧ''（ω）をそれぞれ貯蔵弾性率
および損失弾性率と称し、 σ（ｔ）＝σ₀ ｅ^{i(ωｔ＋δ)} と表わすことができ、また、応力の振幅と歪みの振幅と
の間に位相すすみ角δがあることがわかり、力学正接損
失Ｔａｎδは、 Ｔａｎδ＝Ｇ''（ω）／Ｇ´（ω） で与えられる。

【００４７】図２（ｂ）に、応力および歪みの絶対振幅
の位相関係を示す。実験的には、図２（ｂ）のような応
力および歪みの定常的な時間変化を記録して、σ₀ 、γ
₀ および（δ／ω）を求め、それぞれの式に代入して複
素弾性率およびＴａｎδを求める。

【００４８】本発明において、成形後の樹脂の弾性率は
６．５×１０⁹ Ｐａ以下であり、封止後の基板の反りの
割合は６％以内であることが好ましい。反りの割合は、
図３を参照すると、（（Ｌ′−Ｌ）／Ｌ）で表わされ、
ここでＬおよびＬ´は、それぞれ基板の厚さと封止樹脂
の厚さとの合計、および基板に反りが生じた後の最大値
である。そこで、弾性率をａ₁ （Ｐａ）、熱膨張率をｂ
₁ （１／Ｋ）とし、前記配線基板の熱膨張率をｂ₂ （１
／Ｋ）としたとき、｜ｂ₁ −ｂ₂ ｜×ａ₁ ＜５×１０⁵
の関係を満たすように、それぞれの値を選択することが
望ましい。さらに、反りを十分に低減するためには、弾
性率ａ₁ は５×１０⁹ Ｐａ未満であり、｜ｂ₁ −ｂ₂ ｜
×ａ₁ ＜３×１０⁵ であることが好ましい。弾性率ａ₁
は５×１０⁹ Ｐａ未満であって、｜ｂ₁ −ｂ₂ ｜×ａ₁
＜１×１０⁵ であると、反りを完全に防止することがで
きるので、最も好ましい。

【００４９】これらの樹脂の成形後のＴａｎδが０．０
５以上であり、０．１以上であると反りを充分に低減す
ることができるので好ましい。さらに、成形後のＴａｎ
δが０．２以上であると反りを完全に防止することがで
きるので、より好ましい。

【００５０】なお、このような樹脂としては、熱硬化性
樹脂が挙げられる。

【００５１】本発明で使用され得る熱硬化性樹脂として
は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミ
ド樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタ
ン樹脂、およびアクリル樹脂等が挙げられ、これらの樹
脂は単独、または組み合わせて用いてもよい。なお、こ
れらの熱硬化性樹脂を使用する際には、成形時に使用さ
れる金型を加熱する、または誘導加熱により未硬化樹脂
のみを選択的に加熱するなどの方法を用いて硬化させる
ことができる。

【００５２】上述の熱硬化性樹脂の中でも、特にエポキ
シ樹脂の使用が好ましく、一分子中にエポキシ基を少な
くとも２個以上有するものであれば、任意のものを使用
することができる。例えば、ビスフェノールＡ型エポキ
シ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、脂環型エポキシ樹
脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂などがあげら
れ、これらは単独あるいは２種以上の混合系で使用する
ことができる。

【００５３】本発明の半導体装置に用いられる樹脂に
は、弾性率の低いゴムを添加することが好ましい。

【００５４】ゴム成分を使用することによって、封止樹
脂の弾性率が低下するのみならず、基板と樹脂との密着
性が増加するので、パッケージトータルの吸水率を低下
させる。したがって、リフロー時のクラック発生を押さ
えることができ、半導体装置の信頼性がより向上する。

【００５５】使用が好ましいゴムとしては、例えば、ス
チレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴ
ム、アクリルニトリルブタジエン共重合ゴム、クロロプ
レンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴ
ム、多硫化ゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴム、フ
ッ化ビニリデンゴム、アクリルゴム、および天然ゴム等
が挙げられる。また、熱可塑性エラストマーとしてスチ
レン系、オレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、
ポリアミド系、ポリブタジエン系、塩化ビニル系、およ
びフッ素系等を使用してもよい。

【００５６】これらのゴムの中で、特に使用が好ましい
ものとして、フッ素ゴムおよびシリコーンゴムが挙げら
れる。フッ素ゴムは、顕著な耐熱性、耐薬品性、耐酸化
性を有しており、また。およびシリコーンゴムは、耐
熱、耐寒性に優れ、広い温度範囲で圧縮復元性を示し、
耐油性、耐水性、耐候性、および耐コロナ性が良好で、
電気特性に優れている。いずれのゴムも、半導体封止用
として最適である。

【００５７】これらのゴムは、単独で用いても組み合わ
せてもよく、また、エポキシ樹脂と組み合わせて用いる
ことも可能である。

【００５８】このようなゴムを硬化させるための加硫剤
としては、硫黄系加硫剤、過酸化物、金属酸化物、多官
能アミン、キノンジオキシム、およびメチロール樹脂等
を使用することができ、特に、硫黄系加硫剤および過酸
化物加硫剤が好ましい。

【００５９】硫黄系の具体例としては、粉末硫黄、不溶
性硫黄（ガンマ型結晶）、コロイド硫黄等、塩化硫黄、
セレン、テルル、チウラムジスルフィド、チウラムテト
ラスルフィド、モルフォリン誘導体、ジチオカルバミン
酸セレン、およびアルキルフェノールポリスルフィド等
が挙げられる。

【００６０】また、過酸化物としては、無機過酸化物、
有機けい素過酸化物、および有機過酸化物等が挙げられ
る。使用が好ましい有機過酸化物としてベンゾイルパー
オキサイド、過酸化ベンゾイル、１，１−ジ−ｔ−ブチ
ルペルオキシ−３，３，５−トリメチルシクロヘキサ
ン、ジ−ｔ−ブチルペルオキシド（ＴＢＰ）、ｔ−ブチ
ルクミルペルオキシド（ＢＣＰＯ）、ジクミルペルオキ
シド（ＤＣＰ）、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−
ブチルペルオキシ）ヘキサン（ＴＢＰＨ）、２，５−ジ
メチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン
（ＴＢＰＨ−３）、１，３−ビス（ｔ−ブチルペルオキ
シ−ｉｓｏ−プロピル）ベンゼン（ＢＰＯＰＢ）、ｔ−
ブチルペルオキシ−ｉｓｏ−プロピルカルボナート等が
ある。

【００６１】また、これらに加硫促進剤を加えることも
可能である。加硫促進剤としては、例えば、２−メルカ
プトベンゾチアゾール、ジベンゾチアゾールジスルフィ
ド、２−メルカプトベンゾチアゾールの銅塩、Ｎ−シク
ロヘキシル−２−ベンゾチアジル−スルフェンアミド、
Ｎ−オキシジエチレン−２−ベンゾチアジル−スルフェ
ンアミド、Ｎ，Ｎ−ジイソプロピル−２−ベンゾチアジ
ル−スルフェンアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルチオカーバモ
イル−２−ベンゾチアジルスルフィド、ヘキサメチレン
テトラミン、ジフェニルグアニジン、テトラメチルチウ
ラム−モノスルフィド、ジメチルジチオカーバミン酸亜
鉛等を使用することができる。

【００６２】これらのゴム成分を封止樹脂に添加する場
合には、封止樹脂の有機成分に対する割合は、５％以上
であり、さらに反りの低減や密着性の向上を考慮する
と、１０％以上含まれることが好ましい。特に、２０％
以上とすると、反りを完全に無くして吸水率を低減し十
分な信頼性を得ることができるので、より好ましい。

【００６３】本発明に用いられる樹脂には、前述のゴム
成分に加えて、硬化剤、硬化促進剤、可塑剤、離型剤、
難燃剤、充填材、低応力添加剤、その他各種添加剤を添
加することができる。

【００６４】硬化剤としては、アミン酸、酸無水物、お
よび脂肪酸、アルキッド樹脂等を挙げることができる
が、エポキシ樹脂を使用する場合には、フェノール樹脂
を用いることが好ましい。具体的には、フェノールノボ
ラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂などのフェノー
ル性水酸基２個以上を有するノボラック型フェノール樹
脂等が挙げられる。

【００６５】硬化促進剤としては、エポキシ樹脂と硬化
剤との反応を促進する任意の促進剤を使用することがで
きる。例えば、各種のアミン類、イミダゾール類、ジア
ザビシクロアルケン類、有機ホスフィン類、ジルコニウ
ムアルコラート、およびジルコニウムキレートなどが挙
げられる。アミン類としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルシクロ
ヘキシルアミン、Ｎ−メチルジシクロヘキシルアミン、
トリエチレンジアミン、ジアミノジフェニルスルホン、
ジメチルアミノメチルフェノール、ベンジルジメチルア
ミン、およびトリスジメチルアミノメチルフェノール等
が挙げられ、イミダゾール類としては、２−メチルイミ
ダゾール、２−フェニルイミダゾール、ヘプタデシルイ
ミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール、２−エチ
ルイミダゾール、および２−エチル−４−メチルイミダ
ゾール等が挙げられる。また、ジアザビシクロアルケン
類としては、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウ
ンデンセン−７（ＤＢＵ）、およびＤＢＵのフェノール
塩（例えば、Ｕ−ＣＡＴＳＡ Ｎｏ．１）等が挙げら
れ、有機ホスフィン類としては、トリフェニルホスフィ
ン（ＴＰＰ）、トリブチルホスフィン、トリシクロヘキ
シルホスフィン、およびメチルジフェニルホスフィンな
どが挙げられる。

【００６６】これらの硬化促進剤のうちでは、電気特性
の点からトリフェニルホスフィン、ヘプタデシルイミダ
ゾールが特に好ましい。

【００６７】可塑剤としては、例えば、パラフィン系
油、ナフテン系油、芳香族系油、ワックス、パインオイ
ル、パインタール、ピッチ、松脂、コールタール油、脂
肪酸、クマロン、インデン樹脂、およびフアクチス等が
挙げられる。

【００６８】離型剤としては、炭化水素系ワックス、脂
肪酸系ワックス、脂肪酸アミド系ワックス、およびエス
テル系ワックス等が挙げられる。具体例としては、耐湿
性の点から、カルナバワックス、モンタンワックス等の
エステル系ワックスが好ましく、その他にステアリン
酸、パルミチン酸、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カ
ルシウムなどの長鎖カルボン酸及びそれらの金属塩、低
分子量ポリエチレンワックスなどが挙げられる。これら
の離型剤は単独で用いても、組み合わせて用いてもよ
い。

【００６９】難燃剤としては、ハロゲン系、リン系、無
機系の難燃剤を使用することができる。ハロゲン系難燃
剤は、主に臭素系と塩素系に大別され、好ましい臭素系
の難燃剤として、例えば、臭素化ビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂などが挙げられる。この臭素系難燃剤は、塩
素系に比べて難燃効果が高く、三酸化アンチモンとの併
用効果が大きいので好ましい。なお、使用が好ましい塩
素系難燃剤としては、例えば、塩素化パラフィンが挙げ
られる。

【００７０】また、無機系難燃剤として使用が好ましい
ものとしては、赤リン、酸スズ、三酸化アンチモン、水
酸化ジルコニウム、メタホウ酸バリウム、水酸化アルミ
ニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、およ
びカルシウムアルミネート水和物等が挙げられ、特に好
ましくは、三酸化アンチモンおよび水酸化アルミニウム
である。

【００７１】本発明において、使用され得る充填材及び
低応力添加剤は、その最大粒子径が半導体素子封止後の
素子能動面側の樹脂厚さの９０％以下であるものが望ま
しい。樹脂厚さ以上の粒子径のものを用いると、半導体
能動面に力がかかり、配線を切断するおそれがある。

【００７２】充填材としては、無機質フィラーを使用す
ることができ、その形状は限定されない。すなわち、破
砕状、角の丸い破砕状、亜球状、球状、繊維状、燐片
状、および板状の無機質フィラを使用することができ
る。無機質フィラーの素材としては、酸化ケイ素、酸化
アルミニウム、酸化アンチモン、酸化チタン、酸化マグ
ネシウム、酸化カルシウム、窒化アルミニウム、窒化ケ
イ素や、各種のガラス素材、およびセラミックス素材な
どを挙げることができる。これらの中では、純度の高い
酸化ケイ素素材、すなわち溶融シリカや結晶性シリカの
粉末が半導体封止用フィラとして好適に用いられる。高
発熱の半導体パッケージを封止する場合には、窒化アル
ミニウム、窒化ケイ素、およびアルミナ等のより熱伝導
性の高い無機質フィラーを使用することが好ましい。

【００７３】本発明に用いられる樹脂には、種々の着色
剤を添加してもよい。着色剤としては、光を遮光するも
のとしては黒色の顔料の着色剤が好ましく、特にカーボ
ンブラックが好ましい。また、様々な色の着色剤を含む
樹脂を黒色の着色剤の樹脂と重ね合わせて用いることも
でき、無機顔料、有機顔料、および染料等を使用するこ
とができる。

【００７４】無機顔料は、一般に色が鮮明でないが、耐
光性、耐熱性、および耐溶剤性に優れ、隠蔽力が大き
い。使用が好ましい無機顔料としては、以下のようなも
のが挙げられる。ＺｎＯ，ＴｉＯ₂ ，２ＰｂＣＯ₃ ・Ｐ
ｂ（ＯＨ）₂ ，およびＺｎＳ＋ＢａＳＯ₄ 等の白色顔
料；ＰｂＣｒＯ₄ ，ＣｄＳ＋ＺｎＯ，およびＫ₃ ［Ｃｏ
（Ｎｏ₂ ）₆ ］等の黄色顔料；ＰｂＣｒＯ₄ ＋ＰｂＳＯ
₄ ＋ＰｂＭｏＯ₄ 等の橙色顔料；ＣｄＳ＋ＣｄＳｅ，Ｆ
ｅ₂ Ｏ₃ ，およびＰｂ₃ Ｏ₄ 等の赤色顔料；ＫＦｅ［Ｆ
ｅ（ＣＮ）₆ ］，ＮａＦｅ［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］，および
ＮＨ₄ Ｆｅ［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］等の青色顔料；ＣｏＯ＋
ＺｎＯ，およびＣｒ₂ Ｏ₃ 等の緑色顔料；Ｆｅ₃ Ｏ₄ 等
の黒色顔料等である。さらに、炭酸カルシウム、硫酸バ
リウム、水酸化アルミニウム、バライト粉、アルミニウ
ム粉、およびブロンズ粉等の耐湿顔料が挙げられ、これ
らの顔料を単独で用いても複数の顔料を組み合わせて使
用することができる。

【００７５】また使用が好ましい有機顔料としては、以
下に示すようなものが挙げられる。すなわち、アゾ系、
アントラキノン系、およびキナクリドン類等の赤色や橙
色顔料；トリフェニルメタン系レーキ、オキサジン染
料、およびアントラキノン染料等の紫色顔料；フタロシ
アニン顔料、インダントロンなアントラキノン染料、お
よびトリフェニルメタン系レーキ等の青色顔料；フタロ
シアニン系、およびアントラキノン系等の緑色顔料；黒
色はアニリンの酸化縮合物であるダイヤモンドブラック
等の黒色顔料等が挙げられる。これらの顔料は、単独で
用いても複数の顔料を組み合わせて用いても良い。

【００７６】また、本発明においては、未硬化樹脂を無
機系および有機系の各種の織布で強化して使用すること
もできる。

【００７７】無機系としては、ガラス、石英、炭素繊
維、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アル
ミナ、ジルコニア、およびチタン酸カリウム繊維等が挙
げられ、有機系としては、ナイロン系、アクリル系、ビ
ニロン系、ポリ塩化ビニル系、ポリエステル系、アラミ
ド系、フェノール系、レーヨン系、アセテート系、綿、
麻、絹、および羊毛などが挙げられる。これらの材料
は、単独で用いても、組み合わせて用いてもよい。

【００７８】本発明の半導体装置の第１の態様に用いら
れる未硬化樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、硬化剤、難
燃剤、硬化促進剤、着色剤、充填材・低応力添加剤、そ
の他の材料を粉砕、混合、溶融することによって製造す
ることができる。

【００７９】さらに、溶融後の樹脂をロールにかけるこ
とによって、シート状に成形して用いる。

【００８０】得られた樹脂シートは非常に脆いので、所
定の大きさに切断する際には、以下のような手段を用い
ることが好ましい。まず樹脂シートを離型紙上で加熱
し、冷えた刃を押し当てることにより切断する、また
は、樹脂シートは室温のままとし、加熱した刃を用いて
切断する。樹脂シートまたは刃の加熱温度は、樹脂の硬
化が進行しない程度に樹脂を充分に溶融させる温度が好
ましく、具体的には、７０℃〜１３０℃が好ましい。

【００８１】また、ガラス織布などの織布で強化したプ
リプレグを使用する場合には、樹脂、硬化剤、硬化促進
剤、難燃剤、充填材、その他の材料をアセトンなどの溶
剤に溶解して適当な濃度の溶液を調製し、この溶液を織
布に塗布するか、溶液中に織布を含浸させ、放置、加
熱、又は減圧下において、溶媒を揮発させることにより
プリプレグを作製することができる。

【００８２】本発明の樹脂封止型半導体装置における樹
脂層は、成形後には、低弾性率の樹脂を用いる点に特徴
を有する。

【００８３】これらの低弾性率の樹脂は、熱時強度が大
幅に低下するため、従来のトランスファ成形法で成形す
ると、離型時にパッケージが壊れたり、パッケージの搬
送に用いるランナー部の樹脂が柔らかくなり、搬送が困
難となる。しかしながら、樹脂シートを用いた成形法で
は、図１に示す内側金型８によりパッケージを型からエ
ジェクトできるため、トランスファ成形法のような、ピ
ンを用いたエジェクト法よりもパッケージに対するダメ
ージが大幅に少なくなる。さらに、ランナー部を有しな
いこの封止方法では、樹脂の低弾性率化による熱時強度
の低下の影響をほとんど受けない。

【００８４】溶剤中に溶解した樹脂を用いるポッティン
グ法では、低弾性率化するためにゴムを用いて封止する
と、成形時にその大きく柔らかな網目構造中に溶剤が残
留してしまうために、パッケージとしての信頼性を低下
させる。さらに、低弾性率化のためにＭＢＳ等のゴム粒
子を封止樹脂中に分散したものを用いる場合には、溶剤
を加えることでその分散させたゴム粒子が再び凝集する
ことにより、封止樹脂としての均一性を失い、樹脂とし
ての強度を低下させる。また、ポッティング法では、溶
剤を蒸発させるために通常樹脂を２００μｍ以下にして
おり、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａ
ｇｅ）タイプのみを封止していた。しかし、ＢＧＡパッ
ケージでは、一般に、ワイヤーボンディングタイプであ
るため、そのワイヤーを十分覆う樹脂厚が最低でも５０
０μｍ以上必要であり、ポッティング法での封止は不可
能である。さらに、ポッティング法では、成形後の寸法
精度が低いという欠点がある。

【００８５】したがって、樹脂シートを用いて封止する
方法を用いることにより、これらの欠点をカバーして、
低弾性率樹脂を用いて封止することができる。

【００８６】次に、本発明の半導体装置の第２の態様に
ついて説明する。

【００８７】第２の態様において使用されうる未硬化樹
脂としては、第１の態様と同様の熱硬化性樹脂、さら
に、熱可塑性樹脂、ゴム、およびエンジニアリングプラ
スチックスなどが挙げられる。

【００８８】ここで用いられる未硬化樹脂は、複素弾性
率およびＴａｎδの値が限定されない以外は、上述の第
１の態様の場合と同様の材料を用いてシート状に製造す
ることができる。すなわち、例えば、エポキシ樹脂、硬
化剤、難燃剤、硬化促進剤、充填材、低応力添加剤、お
よびその他の材料を粉砕、混合、溶融してロールにかけ
ることによって作成することができる。

【００８９】なお、シートの寸法および厚さは、基板の
裏面に設けられたバンプ電極の寸法う等に応じて、適宜
選択することができる。

【００９０】得られたシートは、第１の態様の場合と同
様にして所定の寸法に切断した後、片面に収縮防止板を
取り付けて封止に用いる。

【００９１】シート状の未硬化樹脂の片面に取り付け得
る収縮防止板の材質としては、金属、セラミックス、お
よびプラスチックなどが挙げられる。

【００９２】金属としては、弾性率が高く、さらに放熱
性を考慮すると熱伝導性の高いものが好ましい。具体的
には、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、クロ
ム、亜鉛、スズ、銀、金、鉛、マグネシウム、チタン、
ジルコニア、タングステン、モリブデン、コバルト、ス
テンレス、４２ニッケル−鉄合金、真鍮、ジュラルミン
などこれらの金属の合金が挙げられる。ただし、パッケ
ージの薄型化を指向する場合は、特に薄型に加工でき、
かつ軽量の材料を用いることが望ましい。

【００９３】このように片面に収縮防止板を取り付けた
樹脂シートを用いて、半導体装置を製造するに当たって
は、図４に示すような工程にしたがって行なうことがで
きる。

【００９４】まず、図４（ａ）に示すように、半導体素
子３がボンディングワイヤ４によって実装された基板１
の上に、収縮防止板１１が取り付けられた封止用樹脂シ
ート５を配置する。なお、基板１の裏面には、入出力端
子用のはんだバンプ２が二次元に配列されている。

【００９５】次に、図４（ｂ）に示すように外側金型７
を締め、パッケージとの隙間を埋めてバリの発生を抑え
る。最後に、図４（ｃ）に示すように内側金型８を締め
て、加圧しながら樹脂を硬化させることによって、第２
の態様の樹脂封止型半導体装置が得られる。

【００９６】この方法によると、半導体チップを接続し
た基板と収縮防止板との間に樹脂シートが挟まれるの
で、収縮防止板の弾性率、厚さ、および熱膨張率を適切
な値に設定することによって、成形後に反りがないパッ
ケージが得られる。

【００９７】なお、このように板を取り付けた樹脂シー
トで封止する場合には、板の弾性率をａ₃ （Ｐａ）、厚
さをｔ₃ （ｍｍ）、熱膨張係数をｂ₃ （１／Ｋ）とし、
半導体チップを接続した回路基板の弾性率、厚さ、およ
び熱膨脹係数を、それぞれａ₂ （Ｐａ）、ｔ₂ （ｍ
ｍ）、およびｂ₂ （１／Ｋ）とすると、以下の式に示さ
れる様な関係であることが望まれる。

【００９８】 ０．８＜ａ₃ ｔ₃ ｂ₃ ／ａ₂ ｔ₂ ｂ₂ ＜１．２ 以上、半導体装置の封止に着目してパッケージ基板の反
りを低減する方法を説明したが、基板の反りを低減する
方法は、これに限定されるものではない。すなわち、チ
ップを実装した基板表面の封止に加えて、パッケージ基
板と回路基板との間に熱硬化性樹脂シートを挟んで加熱
圧着することによって、基板の反りを低減することもで
きる。

【００９９】この場合、回路基板と前記基板の間に配置
される実装樹脂、および半導体チップを接続した基板の
表面を封止する封止樹脂の特性を適切な値に設定するこ
とによって、実装後に反りが少なくなり、実装時におけ
る不良発生率を低減することができる。特性としては、
樹脂の弾性率、厚さ、および熱膨張率が挙げられ、具体
的には、成形後の封止樹脂の弾性率をａ₄ （Ｐａ）、厚
さをｔ₄ （ｍｍ）、熱膨張係数をｂ₄ （１／Ｋ）とし、
実装後の樹脂の弾性率をａ₅ （Ｐａ）、厚さをｔ₅ （ｍ
ｍ）、熱膨張係数をｂ₅ （１／Ｋ）とすると、以下の式
に示されるような関係であることが望まれる。

【０１００】 ０．８＜ａ₄ ｔ₄ ｂ₄ ／ａ₅ ｔ₅ ｂ₅ ＜１．２ なお、実装に用いる樹脂シートは、予めはんだ端子に対
応する部分に開孔部を設けておくことが好ましいが、は
んだ端子は、樹脂シートに比較して硬いボールであるた
めに変形が少ない。そのため、開孔部を設けない樹脂シ
ートを用いても圧力をかけてはんだ端子を樹脂シートに
押し付けて、シートに穴を開けて下の回路基板まで達し
て接続することができる。

【０１０１】樹脂シートを用いた実装方法の具体例を図
５に示す。

【０１０２】まず、図５（ａ）に示すように、半導体素
子３がボンディングワイヤ４によって実装され、封止用
樹脂シート５によって実装面が封止された基板１と、回
路基板１２の間に実装用樹脂シート６を配置する。

【０１０３】次に、図５（ｂ）に示すように上下の金型
９および１０で加熱圧着することによって樹脂を硬化さ
せる。パッケージと回路基板との間に配置された樹脂
が、接続を強固にするので、パッケージの多少の反りや
変形を戻して基板を平らにすることができる。

【０１０４】上述のように、パッケージ基板と回路基板
との間に樹脂シートを配置して電子回路装置を製造する
場合には、シートの厚さ方向において熱膨脹係数に傾斜
を与えることによって、パッケージ基板の反りを防止す
るとともに、バンプ接続部に発生する応力歪みを段階的
に緩和し、装置の信頼性をさらに向上させることができ
る。

【０１０５】以下、厚さ方向において熱膨張係数を段階
的に異にした樹脂シートを用いた本発明の電子回路装置
を詳細に説明する。

【０１０６】本発明の電子回路装置に用いられるパッケ
ージ基板は、その裏面に入出力端子用のはんだバンプが
二次元に配列されているものであれば、その材質は限定
されない。例えば、プラスチック、フィルムキャリア、
およびセラミックス等を使用することができる。

【０１０７】基板に実装される半導体素子の種類は、特
に限定されない。

【０１０８】また、ＢＧＡパッケージ基板に半導体チッ
プを接続する方法は特に限定されるものではなく、ワイ
ヤボンディング、フリップチップ技術等を使用すること
ができる。なお、フリップチップ技術により実装する場
合には、半導体チップと回路基板との間に樹脂を充填す
ることが好ましい。

【０１０９】半導体チップが実装されたパッケージ基板
の表面は、樹脂封止またはメタルキャップにより封止さ
れていてもよい。

【０１１０】パッケージ基板の裏面には、例えば、以下
に示すようにしてはんだバンプを形成することができ
る。すなわち、パッケージを反転し、スクリーン印刷用
のメタルマスクを用いて、モジュール基板の電極パッド
に対応する部分にペーストを塗布印刷後、全体をリフロ
ーする。ここで、はんだペーストの代わりにはんだボー
ルを用いてもよい。

【０１１１】本発明の電子回路装置に用いられるＢＧＡ
パッケージの一例を、図６（ａ）に示す。ＢＧＡパッケ
ージ２１においては、ＡｌＮからなるパッケージ基板２
２の表面に半導体チップ２３がボンディングイヤ２７に
より接続されており、さらに、樹脂キャップ２７によっ
て封止されている。また、パッケージ基板２２の裏面に
は、はんだバンプ２５が形成されている。

【０１１２】また、ＢＧＡパッケージを実装するための
回路配線基板の材質は、特に限定されるものではない。
例えば、ガラスエポキシ、ポリイミド、アルミナ、およ
び窒化アルミ等を使用することができる。

【０１１３】図６（ｂ）に回路配線基板の一例を示す。
図示するように、ガラスエポキシ製の回路配線基板２８
の表面に、電極パッド２９が形成されている。

【０１１４】本発明において、パッケージ基板と回路配
線基板との間に配置される樹脂シートは、熱硬化性樹脂
であれば、任意の樹脂を使用することができる。具体的
には、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹
脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹
脂、アクリル樹脂、およびノボラック樹脂等が挙げられ
る。

【０１１５】本発明に用いられる樹脂シートは、例え
ば、樹脂、硬化剤、充填材、硬化触媒、および必要に応
じてその他の添加剤を粉砕、混合、溶融した後、ロール
にかけることによって製造することができる。

【０１１６】硬化剤としては、エポキシ樹脂を使用する
場合には、フェノール樹脂を使用することが好ましい。
また、充填材としては、石英フィラ、溶融フィラ等が挙
げられ、フィラの粒径は、０．１〜２００μｍ程度とす
ることができる。硬化触媒としては、例えば、トリフェ
ニルホスフィン、ヘプタデシルイミダゾール、および
Ｎ，Ｎ−ジメチルシクロヘキシルアミン等が挙げられ
る。

【０１１７】本発明の電子回路装置に用いられる樹脂シ
ートは、厚さ方向における熱膨張係数を段階的に変化さ
せて傾斜を与えたものであり、この樹脂シートにおける
熱膨張係数の値は、パッケージ基板および回路配線基板
の熱膨張係数の値の間であることが好ましい。

【０１１８】樹脂シートの厚さ方向での熱膨張係数の値
は、前述の充填材の量をシートの厚さ方向で段階的に変
えることによって変化させることができ、熱膨張係数を
段階的に変化させた複数のシートを積層して製造するこ
とが好ましい。この場合、積層されるシートの枚数は多
いほど好ましいが、少なくとも３層あれば、バンプ接続
部に発生する応力を緩和することができる。

【０１１９】また、樹脂シートにおける熱膨張係数の変
化の方向は、パッケージ基板と回路配線基板との熱膨張
係数に応じて選択することができる。例えば、ガラスエ
ポキシ製（熱膨張係数：４０×１０^-6ｐｐｍ／℃）の回
路配線基板の上に、ＡｌＮ（熱膨張係数：５×１０^-6ｐ
ｐｍ／℃）基板で構成されるパッケージを実装する場合
には、パッケージ基板側から回路配線基板側に向けて樹
脂シートの熱膨張係数を増加させると、応力を分散し、
パッケージ基板裏面のバンプ形成面および回路配線基板
表面のパッシベーション膜の剥離を防止することができ
る。樹脂シートにおける熱膨張係数の変化の方向が逆の
場合には、パッケージが搭載される部分の回路配線基板
部分の反りを小さくできるという効果が得られるのでよ
り好ましい。

【０１２０】なお、パッケージ基板の熱膨張係数と回路
配線基板の熱膨張係数との関係が上述と逆の場合には、
樹脂シートにおける熱膨張係数の変化の方向も逆とする
ことが好ましい。

【０１２１】前述の樹脂シートは、その寸法を縦横寸法
が搭載するパッケージ基板の縦横寸法に比較して２０％
〜４０％大きくすることが好ましい。この範囲内である
と、パッケージ基板と回路配線基板の熱膨張係数の相異
に起因して発生する応力を、４辺均一に分散させること
によって、一辺に集中するのを避けることができるの
で、パッケージが回路配線基板から剥離することを防止
できる。

【０１２２】なお、樹脂シートの厚さは、バンプ電極の
寸法に応じて適宜選択することができ、特に限定される
ものではない。

【０１２３】本発明の電子回路装置に用いられる樹脂シ
ートは、図７（ａ）に示すように、パッケージのバンプ
に対応した位置に貫通孔４１を設けることが好ましい。
なお、Ａ−Ａ´における断面を図７（ｂ）に示す。樹脂
シート４０には、貫通孔４１が形成されているので、パ
ッケージ基板のバンプ電極と回路配線基板のパッド電極
との間に樹脂が残留することなく、より確実に接続する
ことができる。

【０１２４】バンプ電極のはんだ組成が共晶組成に近く
融点が低い場合には、加圧時にはんだが変形してバンプ
電極と回路配線基板の電極パッドとの接触が不完全とな
るおそれがあるが、樹脂シートに貫通孔を設けることに
よって、このような接触不良は防止される。したがっ
て、バンプ電極と電極パッドとを確実に電気的に接続す
ることができる。

【０１２５】貫通孔は、バンプ電極の直径と同寸法で形
成することが好ましいが、±５μｍ程度の差があっても
よい。

【０１２６】このような貫通孔は、エッチングを用いて
樹脂シートに形成することができるが、１００μｍピッ
チ以上の孔の場合には、プレスを用いた一括法で孔開け
することが望ましい。

【０１２７】さらにバンプピッチが狭いパッケージを回
路配線基板に実装する場合には、前述の貫通孔を有する
シートを用いても、バンプ電極と電極パッドとの接続が
不完全となるので、バンプ電極高さを高くした高アスペ
クト比バンプを形成するのが困難になる場合がある。

【０１２８】このような場合には、図７（ｃ）に示すよ
うに、バンプ電極の対応する位置に設けられた貫通孔４
１中に金属導体４３が埋め込まれた樹脂シートを用いる
ことが好ましい。これによって、樹脂シート中にはんだ
バンプを埋設する必要がなくなり、バンプ電極と回路配
線基板の電極パッドとの接続を確実に実施できる。な
お、この場合、樹脂シート中に埋設されている金属導体
の上部が、接続するはんだ体積量より大きい体積で、樹
脂平坦面より若干凹形状を有していることが望ましい。

【０１２９】貫通孔に埋め込まれる金属としては、バン
プと同じ組成のはんだが最も望ましいが、バンプと同じ
Ｐｂ／Ｓｎはんだであれば、任意の組成のはんだを使用
することができる。場合によっては、Ａｕ，Ｃｕ，Ｎ
ｉ，Ａｇ，Ｔｉ，あるいはこれらの組み合わせによる積
層金属を用いることもできる。

【０１３０】次に、図面を参照して、上述の樹脂シート
を用いた本発明の電子回路装置の製造方法を説明する。

【０１３１】図８〜９に、本発明の電子回路装置の製造
工程を表わす断面図を示す。

【０１３２】まず、図８（ａ）に示すように、回路配線
基板２８をヒータ３２で加熱し、その実装面には、未硬
化性の樹脂シート３０を、例えば、１０ｋｇ／ｍｍ² で
加圧しつつ配置する。これによって、樹脂シート３０を
回路配線基板２８の表面に接着することができ、位置合
わせ後に樹脂シートが所定の位置から移動することはな
い。

【０１３３】次に、ハーフミラーを有して位置合わせを
行うボンダーを用いて、図８（ｂ）に示すように、回路
配線基板２８上に配置された樹脂シート３０の上に、Ｂ
ＧＡパッケージ２１のバンプ電極２５と、回路配線基板
２８の対応する電極パッド２９とを位置合わせする。な
お、回路配線基板２８下のヒータ３２およびパッケージ
を保持するコレット３４は、１８０℃に加熱されている
が、バンプ電極２５は共晶温度より低いため、はんだバ
ンプ電極が溶融することはない。

【０１３４】続いて、図９（ａ）に示すように、コレッ
トを下方に移動し、半溶融した樹脂シート３０中にバン
プ電極２５が配置するように、例えば、３０ｋｇ／ｍｍ
² で加圧して、パッケージ２１のバンプ電極２５と回路
配線基板２８の電極パッド２９とを接触させる。さらに
温度を上昇させることによってはんだを溶融し、回路配
線基板２８の電極パッド２９とバンプ電極２５とを接続
する。

【０１３５】以上の工程を実施することにより、図９
（ｂ）に示す電子回路装置３５が得られる。

【０１３６】なお、上述の製造方法では、ボンディング
ワイヤーによって半導体チップがパッケージ基板に実装
されたＢＧＡパッケージを回路配線基板に実装したが、
半導体チップの実装方法は、これに限定されるものでは
ない。例えば、フリップチップ実装法により半導体チッ
プが接続されたＢＧＡパッケージを用いることもでき、
この場合に得られる電子回路装置の例を図１０に示す。
なお、この場合には、図示するように、半導体チップ２
３とパッケージ基板２２の隙間には、樹脂３８が配置さ
れていることが望ましい。

【０１３７】

【作用】本発明の樹脂封止型半導体装置は、成形後の弾
性率とＴａｎδとを限定した樹脂を用いて封止している
ので、反りを低減したＢＧＡパッケージを得ることがで
き、実装時の不良発生率を大幅に低減できる。

【０１３８】特に、成形後の形に近いように予めシート
状に加工した樹脂を使用する場合には、成形時の樹脂の
移動距離がトランスファ成形法に比べて非常に小さく、
しかも樹脂を流すためのランナーなどを設ける必要がな
いので、樹脂の粘度を高めることができる。したがっ
て、未硬化樹脂をシート状に加工し、プレス金型内で半
導体素子に加熱・加圧しながら硬化させて封止すること
によって、基板の反りを防止するとともに、バリの発生
を防止することもできる。

【０１３９】さらに、低弾性率化によるパッケージの熱
時強度の低下で、トランスファ法では困難となる搬送や
エジェクトの問題を、シートを用いた方法では金型の平
面でエジェクトする方法を採用することにより解決でき
る。

【０１４０】樹脂の物性を限定しない場合でも、一方の
面に収縮防止板を取り付けた樹脂シートを用いることに
よって、半導体素子を実装した基板と前記収縮防止板と
の間に挟まれた状態で樹脂を硬化させることができるの
で、反りを防止したパッケージが得られる。

【０１４１】したがって本発明によれば、樹脂封止型半
導体装置の信頼性を長期にわたって保証することができ
る。

【０１４２】また、本発明の電子回路装置においては、
ＢＧＡパッケージ基板と回路配線基板との間に、厚さ方
向における熱膨張係数に傾斜を有する樹脂シートを配置
しているので、バンプ接続部に発生する応力を段階的に
緩和することができる。その結果、電子回路装置の信頼
性寿命を向上させることが可能になる。

【０１４３】さらに、未硬化樹脂を予めシート状に成形
して使用しているので、間隙に液体状樹脂を含浸させる
場合にように長時間を必要としなくなり、製造コストの
削減にもつながる。このように樹脂をシート状に成形す
ることによって、樹脂中に含有されるフィラの粒径が大
きい場合でも、ＢＧＡパッケージと回路配線基板との間
に容易に樹脂を配置することができる。

【０１４４】液体状の樹脂を用いた場合には、含浸が充
分でないために、パッケージ基板と回路配線基板との間
隙部分に樹脂を均一に配置することが困難であるばかり
でなく、間隙部分にボイドが残ることに起因して十分な
信頼性が得られないという問題があったが、本発明にお
いては、寸法が定められた未硬化性の樹脂シートを回路
配線基板上に配置した後、この樹脂シートの上にパッケ
ージを搭載して圧力を加えながら封止を行うので、樹脂
を間隙部分に均一に配置することができ、しかも、ボイ
ドが残ることもない。

【０１４５】したがって、バンプ接続部に発生する応力
歪みを低減して、電子回路装置の信頼性を向上させるこ
とができる。

【０１４６】

【実施例】以下、本発明の具体例を示して、本発明をよ
り詳細に説明する。

【０１４７】（実施例Ｉ）まず、原料として、以下に示
す各成分を用い、それぞれに示す割合で配合し樹脂シー
トを作成した。

【０１４８】（樹脂１）シリコンゴムとしてのジメチル
ポリシロキサン（東芝シリコーン社製、ＴＳＥ２００）
１００部に、加硫剤としての有機過酸化物であるベンゾ
イルパーオキサイドを３部加え、さらに充填材として溶
融シリカ（ＧＲ−８０ＡＫ）を３５０部、シランカップ
リング剤としてＡ−１８７（ＵＣＣ社製）を３．５部、
着色剤としてカーボンブラック（ＣＢ−３０）を１．５
部加え、各成分を２本ロールを用い４５℃で混練して、
未硬化シリコンゴム組成物を得た。

【０１４９】この樹脂の成型後の室温における弾性率は
２．５×１０⁸ Ｐａであり、熱膨張率は３．３×１０⁵
（１／Ｋ）であり、Ｔａｎδは０．２２であった。

【０１５０】（樹脂２）弗素ゴムとしてビニリデンフロ
ライドとヘキサフルオロプロピレン（デュポン社製、Ｖ
ｉｔｏｎ Ａ）を１００部用い、加硫剤として過酸化物
である過酸化ベンゾイルを２．５部加え、さらに充填材
として溶融シリカ（ＧＲ−８０ＡＫ）を３５０部、シラ
ンカップリング剤としてＡ−１８７（ＵＣＣ社製）を
３．５部、着色剤としてカーボンブラック（ＣＢ−３
０）を１．５部加え、各成分を２本ロールを用い１３０
℃で混練して、未硬化弗素ゴム組成物を得た。

【０１５１】この樹脂の成型後の室温における弾性率は
３．０×１０⁸ Ｐａであり、熱膨張率は３．１×１０⁵
（１／Ｋ）であり、Ｔａｎδは０．２５であった。

【０１５２】（樹脂３）エポキシ樹脂としてＥＳＸ−２
２１（住友化学製、エポキシ当量２２０、軟化点８５
℃）を７０部、難燃性エポキシ樹脂としてＡＥＲ−７４
５（旭化成社製、臭素化エポキシ樹脂）を３０部、フェ
ノール樹脂としてＸＬ−２２５Ｌ（三井東圧化学製、フ
ェノールアラルキル樹脂、軟化点８４℃、水酸基当量１
８０）を５６部、シランカップリング剤としてＡ−１８
７（ＵＣＣ社製）を３．５部、着色剤としてカーボンブ
ラック（ＣＢ−３０）を１．５部、硬化促進剤としてＣ
１７Ｚ（四国化成製、ヘプタデシルイミダゾール）を２
部、シリコーンゲルとして加熱硬化タイプ付加型シリコ
ーンゲルを１４部、ＭＢＳ平均粒径３０μｍを４５部、
離型剤としてエステルワックスを２部、難燃剤として三
酸化アンチモンを１４部、充填材として溶融シリカＧＲ
−８０ＡＫを３７０部用いた。シリコーンゲルおよびＭ
ＢＳは予め硬化剤に分散させて用いた。すなわち、万能
混合機中でフェノール樹脂を軟化点以上の温度で加熱溶
融し、シリコーンゲルおよびＭＢＳ粉末を添加した後、
撹拌・混合し、さらに３本ロールにて混練し、均一に分
散させ、最大粒子径を小さくした。その後、各成分を２
本ロールで混練して、未硬化樹脂組成物を得た。

【０１５３】この樹脂の成型後の室温における弾性率は
２．４０×１０⁹ Ｐａであり、熱膨張率は２．４×１０
⁵ （１／Ｋ）であり、Ｔａｎδは０．１３であった。

【０１５４】（樹脂４）シリコーンゲルとして、加熱硬
化タイプ付加型シリコーンゲルを１２部、ＭＢＳ平均粒
径３０μｍを４０部用いた以外は、前述の樹脂組成３と
同様の配合で未硬化樹脂組成物を得た。

【０１５５】この樹脂の成型後の室温における弾性率は
３．８０×１０⁹ Ｐａであり、熱膨張率は２．２×１０
⁵ （１／Ｋ）であり、Ｔａｎδは０．０９であった。

【０１５６】（樹脂５）シリコーンゲルとして、加熱硬
化タイプ付加型シリコーンゲルを１０部、ＭＢＳ平均粒
径３０μｍを３０部用いた以外は、前述の樹脂組成３と
同様の配合で未硬化樹脂組成物を得た。

【０１５７】この樹脂の成型後の室温における弾性率は
６．１０×１０⁹ Ｐａであり、熱膨張率は２．０×１０
⁵ （１／Ｋ）であり、Ｔａｎδは０．０６であった。

【０１５８】（樹脂６）シリコーンゲルとして、加熱硬
化タイプ付加型シリコーンゲルを７部、ＭＢＳ平均粒径
３０μｍを１０部用いた以外は、前述の樹脂組成３と同
様の配合で未硬化樹脂組成物を得た。

【０１５９】この樹脂の成型後の室温における弾性率は
１．２０×１０¹⁰Ｐａであり、熱膨張率は１．８×１０
⁵ （１／Ｋ）であり、Ｔａｎδは０．０４であった。

【０１６０】（樹脂７）シリコーンゲルとして、加熱硬
化タイプ付加型シリコーンゲルを２部、ＭＢＳ平均粒径
３０μｍを５部用いた以外は、前述の樹脂組成３と同様
の配合で未硬化樹脂組成物を得た。

【０１６１】この樹脂の成型後の室温における弾性率は
１．６０×１０¹⁰Ｐａであり、熱膨張率は１．４×１０
⁵ （１／Ｋ）であり、Ｔａｎδは０．０３であった。

【０１６２】上述の樹脂１〜７の組成物を、それぞれプ
レスを用いて所定の厚さのシートに圧延し、さらに８０
０μｍの厚さまで圧延して一枚の樹脂シートを得た。次
に、加熱したシートに冷えた刃を押し当てることによっ
て、３２ｍｍ×３２ｍｍの大きさに切断した。

【０１６３】（実施例Ｉ−１）ＢＧＡ（出入力端子３９
６ピン、１．５ｍｍピッチ、ガラスエポキシ製基板の熱
膨張係数１．２×１０^-5）の半導体チップ（１５ｍｍ×
１５ｍｍ×４００μｍ）の上に樹脂１の組成の封止用樹
脂シートを配置し、プレス金型内で１８２℃、１分間加
熱圧着した。さらに、１９０℃で８時間アフターキュア
して、パッケージを得た。得られたパッケージの樹脂部
の大きさは、３５ｍｍ×３５ｍｍであり、その厚さは１
２００μｍであった。

【０１６４】その後、はんだリフローによって、パッケ
ージを実装基板（ガラスエポキシ製）に実装した。実装
後のパッケージと基板の間隔は４１０μｍであった。

【０１６５】（実施例Ｉ−２）ＢＧＡ（出入力端子３９
６ピン、１．５ｍｍピッチ、ガラスエポキシ製基板の熱
膨張係数１．２×１０^-5）の半導体チップ（１５ｍｍ×
１５ｍｍ×４００μｍ）の上に樹脂２の組成の封止用樹
脂シートを配置し、プレス金型内で１９０℃、３分間加
熱圧着した。さらに、１８０℃で８時間アフターキュア
して、パッケージを得た。

【０１６６】得られたパッケージの樹脂部の大きさは、
３５ｍｍ×３５ｍｍであり、その厚さは１２００μｍで
ある。

【０１６７】その後、はんだリフローによって、パッケ
ージを実装基板（ガラスエポキシ製）に実装した。実装
後のパッケージと基板の間隔は４１０μｍであった。

【０１６８】（実施例Ｉ−３）ＢＧＡ（出入力端子３９
６ピン、１．５ｍｍピッチ、ガラスエポキシ製基板の熱
膨張係数１．２×１０^-5）の半導体チップ（１５ｍｍ×
１５ｍｍ×４００μｍ）の上に樹脂３の組成の封止用樹
脂シートを配置し、プレス金型内で１８２℃、１分間加
熱圧着した。さらに、１８０℃で８時間アフターキュア
して、パッケージを得た。

【０１６９】得られたパッケージの樹脂部の大きさは、
３５ｍｍ×３５ｍｍであり、その厚さは１２００μｍで
あった。

【０１７０】その後、はんだリフローによって、パッケ
ージを実装基板（ガラスエポキシ製）に実装した。実装
後のパッケージと基板の間隔は４１０μｍであった。

【０１７１】（実施例Ｉ−４）ＢＧＡ（出入力端子３９
６ピン、１．５ｍｍピッチ、ガラスエポキシ製基板の熱
膨張係数１．２×１０^-5）の半導体チップ（１５ｍｍ×
１５ｍｍ×４００μｍ）の上に樹脂４の組成の封止用樹
脂シートを配置し、プレス金型内で１８２℃、１分間加
熱圧着した。さらに、１８０℃で８時間アフターキュア
して、パッケージを得た。

【０１７２】得られたパッケージの樹脂部の大きさは、
３５ｍｍ×３５ｍｍであり、その厚さは１２００μｍで
あった。

【０１７３】その後、はんだリフローによって、パッケ
ージを実装基板（ガラスエポキシ製）に実装した。実装
後のパッケージと基板の間隔は４１０μｍであった。

【０１７４】（実施例Ｉ−５）ＢＧＡ（出入力端子３９
６ピン、１．５ｍｍピッチ、ガラスエポキシ製基板の熱
膨張係数１．２×１０^-5）の半導体チップ（１５ｍｍ×
１５ｍｍ×４００μｍ）の上に樹脂５の組成の封止用樹
脂シートを配置し、プレス金型内で１８２℃、１分間加
熱圧着した。さらに、１８０℃で８時間アフターキュア
して、パッケージを得た。

【０１７５】得られたパッケージの樹脂部の大きさは、
３５ｍｍ×３５ｍｍであり、その厚さは１２００μｍで
あった。

【０１７６】その後、はんだリフローによって、パッケ
ージを実装基板（ガラスエポキシ製）に実装した。実装
後のパッケージと基板の間隔は４１０μｍであった。

【０１７７】（実施例Ｉ−６）ＢＧＡ（出入力端子３９
６ピン、１．５ｍｍピッチ、ＡｌＮ基板の熱膨張係数
０．４×１０^-5）の半導体チップ（１５ｍｍ×１５ｍｍ
×４００μｍ）の上に樹脂１の組成の封止用樹脂シート
を配置し、１８２℃、１分間プレス金型で加熱圧着し
た。さらに、１８０℃で８時間アフターキュアして、パ
ッケージを得た。

【０１７８】得られたパッケージの樹脂部の大きさは、
３５ｍｍ×３５ｍｍであり、その厚さは１２００μｍで
あった。

【０１７９】その後、はんだリフローによって、パッケ
ージを実装基板（ガラスエポキシ製）に実装した。実装
後のパッケージと基板の間隔は４１０μｍであった。

【０１８０】（実施例Ｉ−７）ＢＧＡ（出入力端子３９
６ピン、１．５ｍｍピッチ、ガラスエポキシ製基板の熱
膨張係数１．２×１０^-5）の半導体チップ（１５ｍｍ×
１５ｍｍ×４００μｍ）の上に樹脂６の組成の封止用樹
脂シート、および収縮防止板としての銅板（厚さ２００
μｍ）を配置し、プレス金型内で１８２℃、１分間加熱
圧着した。さらに、１８０℃で８時間アフターキュアし
て、パッケージを得た。

【０１８１】得られたパッケージの樹脂部の大きさは、
３５ｍｍ×３５ｍｍであり、その厚さは１４００μｍで
あった。

【０１８２】その後、はんだリフローによってパッケー
ジを実装基板（ガラスエポキシ製）に実装した。実装後
のパッケージと基板の間隔は４１０μｍであった。

【０１８３】（実施例Ｉ−８）ＢＧＡ（出入力端子３９
６ピン、１．５ｍｍピッチ、ガラスエポキシ製基板の熱
膨張係数１．２×１０^-5）の半導体チップ（１５ｍｍ×
１５ｍｍ×４００μｍ）の上に樹脂７の組成の封止用樹
脂シート、および収縮防止板としてのステンレス板（厚
さ２００μｍ）を配置し、プレス金型内で１８２℃、１
分間加熱圧着した。さらに、１８０℃で８時間アフター
キュアして、パッケージを得た。

【０１８４】得られたパッケージの樹脂部の大きさは、
３５ｍｍ×３５ｍｍであり、その厚さは１４００μｍで
あった。

【０１８５】その後、はんだリフローによりパッケージ
を実装基板（ガラスエポキシ製）に実装した。実装後の
パッケージと基板の間隔は４１０μｍであった。

【０１８６】（比較例Ｉ−１）ＢＧＡ（出入力端子３９
６ピン、１．５ｍｍピッチ、ガラスエポキシ製基板の熱
膨張係数１．２×１０^-5）の半導体チップ（１５ｍｍ×
１５ｍｍ×４００μｍ）の上に樹脂６の組成の封止用樹
脂シートを配置し、プレス金型内で１８２℃、１分間加
熱圧着した。さらに、１８０℃で８時間アフターキュア
して、パッケージを得た。

【０１８７】得られたパッケージの樹脂部の大きさは、
３５ｍｍ×３５ｍｍであり、その厚さは１２００μｍで
あった。

【０１８８】その後、赤外線リフローによりパッケージ
を実装基板（ガラスエポキシ製）に実装した。実装後の
パッケージと基板との間隔は４１０μｍであった。

【０１８９】（比較例Ｉ−２）ＢＧＡ（出入力端子３９
６ピン、１．５ｍｍピッチ、ガラスエポキシ製基板の熱
膨張係数１．２×１０^-5）の半導体チップ（１５ｍｍ×
１５ｍｍ×４００μｍ）の上に樹脂７の組成の封止用樹
脂シートを配置し、プレス金型内で１８２℃、１分間加
熱圧着した。さらに、１８０℃で８時間アフターキュア
して、パッケージを得た。

【０１９０】得られたパッケージの樹脂部の大きさは、
３５ｍｍ×３５ｍｍであり、その厚さは１２００μｍで
あった。

【０１９１】その後、赤外線リフローによりパッケージ
を実装基板（ガラスエポキシ製）に実装した。実装後の
パッケージと基板の間隔は４１０μｍであった。

【０１９２】以上の実施例Ｉ−１〜Ｉ−８、および比較
例Ｉ−１〜Ｉ−２で得られたパッケージ、実装後のパッ
ケージを用いて以下のような試験を行った。

【０１９３】１）冷熱サイクル試験 作成したパッケージを冷熱サイクルに供し、デバイスの
動作特性をチェックして不良発生率を調べた。なお、冷
熱サイクルは、−６５℃〜室温〜１５０℃を１サイクル
とし、これを１００〜１０００サイクル繰り返した。

【０１９４】２）実装後の冷熱サイクル試験 実装後のパッケージを冷熱サイクルに供し、デバイスの
動作特性をチェックして不良発生率を調べた。なお、冷
熱サイクルは、−６５℃〜室温〜１５０℃を１サイクル
とし、これを１００〜１０００サイクル繰り返した。

【０１９５】３）パッケージの反り測定 パッケージの成型後の反りを図３（ａ）に示す方法で測
定した。

【０１９６】４）実装後のパッケージの反り測定 パッケージの実装後の反りを図３（ｂ）に示す方法で測
定した。

【０１９７】以上の試験および測定の結果を、下記表１
にまとめる。

【０１９８】

【表１】 表１に示したように、成形後の弾性率およびＴａｎδが
所定の範囲である樹脂を用いた実施例Ｉ−１〜Ｉ−６の
パッケージは、反りの割合が小さく、６％を越えること
がないので、冷熱サイクル試験での不良はほどんど発生
しない。反りの割合は、実装後にはより小さくなるの
で、冷熱サイクル試験における不良発生率は低く、信頼
性が非常に良好である。

【０１９９】板材を取り付けた樹脂シートを用いた実施
例Ｉ−７および実施例Ｉ−８のパッケージの場合も同様
に、反りの割合が小さいので、冷熱サイクル試験、実装
後の冷熱サイクル試験において不良発生率が低く、高い
信頼性が得られたことがわかる。

【０２００】これに対して、成形後の弾性率およびＴａ
ｎδが本発明の範囲外である樹脂６および７を用いた比
較例Ｉ−１〜Ｉ−２は、２００時間の冷熱サイクル試験
で不良が発生しており、十分な信頼性が得られていな
い。これらの比較例のパッケージは、いずれも反りの割
合が１０％程度と大きく、この大きな反りに起因して、
不良発生率が高いことがわかる。また、実装後における
冷熱サイクル試験での不良発生率も高い。

【０２０１】（実施例II）以下、本発明の具体例を示
し、本発明の電子回路装置をより詳細に説明する。

【０２０２】（樹脂シートの製造）まず、クレゾールノ
ボラックタイプのエポキシ樹脂（ＥＯＣＮ−１９５Ｘ
Ｌ；住友化学社製）１００重量部、硬化剤としてのフェ
ノール樹脂５４重量部、充填剤としての溶融シリカ３５
０重量部、触媒としてのベンジルジメチルアミン０．５
重量部、その他の添加剤としてカーボンブラック３重量
部、およびシランカップリング剤３重量部を粉砕、混
合、溶融してロールにかけ、さらにこれを３５×３５ｍ
ｍにカットして厚さ５０μｍの未硬化性樹脂シートを作
製した。得られた樹脂シートをシートａとした。

【０２０３】さらに、溶融シリカの割合を変える以外
は、前述と同様の組成で同様の膜厚の２種類のシートを
作製した。なお、溶融シリカの割合は、それぞれ２００
重量部および１００重量部とし、得られた樹脂シートを
それぞれシートｂおよびｃとした。

【０２０４】樹脂シートａ〜ｃの熱膨張係数は、それぞ
れ以下のとおりであった。

【０２０５】 シリカ含有量（重量部） 熱膨張係数（ｐｐｍ／℃） 樹脂シートａ ３５０ ２６×１０^-6 樹脂シートｂ ２００ ３１×１０^-6 樹脂シートｃ １００ ３６×１０^-6 このような熱膨張係数を有する樹脂シートａ、ｂおよび
ｃを、この順番で積層し、１５０μｍの厚さを有する実
装用樹脂シートを得た。なお、積層する際には、温度を
硬化温度以上に保持しないことによって、樹脂を未硬化
状態に保つ。溶融シリカの含有量が積層方向で互いに異
なるため、厚さ方向において熱膨張係数を段階的に異に
した実装用樹脂シートが得られる。

【０２０６】この実装用樹脂シートの熱膨張係数が小さ
い側（樹脂シートａ）がガラスエポキシ製基板に接する
ように配置し、予め半導体チップを表面に実装したＢＧ
Ａパッケージを、前述の図７および８に示す工程により
ガラスエポキシ製基板に実装し、得られた電子回路装置
を実施例II−１とした。

【０２０７】なお、パッケージ基板としては、３０ｍｍ
角で裏面に２５６ピンの端子を有するＡｌＮ製を使用し
た。ここで、パッケージ基板であるＡｌＮ、およびモジ
ュール基板であるガラスエポキシの熱膨張係数は、それ
ぞれ、５×１０^-6（ｐｐｍ／℃）および４０×１０
^-6（ｐｐｍ／℃）である。

【０２０８】さらに、前述とは逆に、実装用樹脂シート
の熱膨張係数が大きい側（樹脂シートｃ）がガラスエポ
キシ製基板に接するように配置した以外は同様にして、
実施例II−２の電子回路装置を製造した。

【０２０９】得られた電子回路装置について、冷熱サイ
クル試験を行ない、２５６ピンの中で１箇所でも接続が
オープンになった場合を不良として信頼性を評価した。
なお、サンプル数は１０００個とし、−２５℃（３０
分）〜２５℃（５分）〜１２５℃（３０分）〜２５℃
（５分）を１サイクルとして試験を行なった。サイクル
数と累積不良率との関係を、図１１に示す。

【０２１０】図１１中、曲線ａおよびｂは、それぞれ実
施例II−１および実施例II−２の結果を表わす。

【０２１１】また、曲線ｃ、ｄおよびｅは、以下のよう
な条件で、実施例と同様のパッケージを同様のガラスエ
ポキシ製基板に実装して得られた比較例の電子回路装置
についての結果である。

【０２１２】曲線ｃ：樹脂シート用いず 曲線ｄ：フィラを含有しない樹脂シート（厚さ１５０μ
ｍ） 曲線ｅ：フィラ含有量４０％の樹脂シート（厚さ１５０
μｍ） 図１１に示すように、本発明の電子回路装置（曲線ａお
よびｂ）は、３０００サイクルまでは不良が発生しない
ことがわかる。特に、熱膨張係数の大きなモジュール基
板に、実装用樹脂シートの熱膨張係数の小さい側が接す
るように配置した場合（曲線ａ）の場合には、不良の発
生が小さい。

【０２１３】これに対して、樹脂封止を行わなかった試
料（曲線ｃ）は、５００サイクルで不良が発生し、１０
００サイクル以上で１００％不良となった。

【０２１４】樹脂シートを用いた場合（曲線ｄ）、およ
び樹脂中にフィラを均一に含有させた場合（曲線ｅ）に
は、曲線ｃと比較して信頼性が向上しているものの、３
０００サイクルでの不良の発生率は、７５％を越えてい
る。

【０２１５】次に、パッケージの周囲に存在する実装用
樹脂シートの寸法と、信頼性寿命との関係を、パッケー
ジ基板およびモジュール基板の材質を変化させて調べ
た。

【０２１６】図１２に、得られた結果を示す。なお、試
料は、前述の実施例II−１と同様にして製造し、試料の
形状、個数、および信頼性試験環境は、いずれも前述の
図１０場合と同様にして試験を行なった。信頼性は、累
積不良が５０％を示すＮｆ₅₀で評価した。

【０２１７】曲線ｆ、ｇ、ｈおよびｉは、それぞれ次の
ように、パッケージ基板とモジュール基板とを組み合わ
せた場合の結果を表わす。

【０２１８】 パッケージ基板 モジュール基板 曲線ｆ ＡｌＮ ガラスエポキシ 曲線ｇ アルミナ ガラスエポキシ 曲線ｈ ガラスエポキシ ガラスエポキシ 曲線ｉ ＡｌＮ ガラスエポキシ （但し、熱膨張係数が均一な樹脂を配置した） いずれの組み合わせについても、パッケージの周囲に存
在する樹脂シートの寸法が２０％未満の場合には、パッ
ケージ基板から剥がれる不良が発生し、一方、樹脂シー
トの寸法が４０％より大きい場合には、樹脂全体が回路
配線基板から剥がれる不良が発生した。パッケージの周
囲に存在する樹脂シートの寸法がパッケージの縦横寸法
に比較して２０％〜４０％の場合には、いずれの例にお
いても高い信頼性寿命が得られた。

【０２１９】続いて、パッケージの寸法と、信頼性寿命
Ｎｆ₅₀の結果を調べ、図１３に示した。なお、パッケー
ジの寸法を変える以外は、前述の実施例II−１と同様に
して電子回路装置を製造し、これについての測定結果を
曲線ｊで表わした。

【０２２０】さらに、本発明の実装用樹脂シートに代え
て５０μｍのフィラを５０％添加した樹脂シートを用い
て実装した場合、および樹脂シートを用いずに実装した
場合について、同様に測定し、それぞれ曲線ｋおよびｍ
で表わした。

【０２２１】図１３に示すように、本発明の電子回路装
置（曲線ｊ）では、２０ｍｍ角を越えるパッケージの場
合でも、不良はほとんど発生しないが、均一にフィラが
添加された樹脂を用いた場合（曲線ｋ）では、１５ｍｍ
角を越えると、不良の発生が多くなる。また、樹脂シー
トを用いずに実装した場合（曲線ｍ）では、１０ｍｍ角
を越えると不良の発生する。

【０２２２】図１４には、パッケージに配置されるバン
プ数と、バンプ接続率との関係を表わす。

【０２２３】図中、曲線ｎ₁ は、前述の実施例II−１と
同様にして製造した電子回路装置についての結果を表わ
す。曲線ｏ₁ は、同様の実装用樹脂シートのバンプ部に
貫通孔を形成した場合の結果を表わし、さらに、曲線ｐ
₁ は、樹脂シートに設けられた貫通部に金属導体として
のはんだを埋め込んだ場合の結果を表わす。

【０２２４】図１４に示すように、熱膨張係数の差を有
する樹脂シートのみの場合（曲線ｎ₁ ）は、バンプ電極
数が１０００個を越えると接続率が低下し始めるが、貫
通孔が設けられたシートを用いた場合（曲線ｏ₁ ）で
は、１５００個のバンプ電極数までは、接続率が低下し
ない。さらに、貫通孔に金属導体が埋め込まれた樹脂シ
ートを用いた場合（曲線ｐ₁ ）では、電極数が２０００
個を越えても、バンプ接続率はほとんど低下しない。

【０２２５】図１５には、バンプ電極高さと接続抵抗値
との関係を表わす。

【０２２６】図中、曲線ｎ₂ は、前述の実施例II−１と
同様にして製造した電子回路装置についての結果を表わ
す。曲線ｏ₂ は、同様の実装用樹脂シートのバンプ部に
貫通孔を形成した場合の結果を表わし、さらに、曲線ｐ
₂ は、樹脂シートに設けられた貫通孔に金属導体として
のはんだを埋め込んだ場合の結果を表わす。

【０２２７】図１５に示すように、貫通孔が設けられて
いない樹脂シートを用いた場合（曲線ｎ₂ ）には、２５
ｍｍの高さのバンプでも接続抵抗値は１桁近く大きく、
バンプ電極高さが高くなるにしたがって、接続抵抗値は
さらに増加する。貫通孔を有する樹脂シートを用いた場
合（曲線ｏ₂ ）では、２５ｍｍの高さの抵抗値は小さい
ものの、バンプ電極高さが高くなるにしたがって、前述
の曲線ｎ₂ の場合と同様に増加する。貫通孔に金属導体
が埋め込まれた樹脂シートを用いた場合（曲線ｐ₂ ）で
は、接続抵抗値はほとんど増加せず一定の値を示す。

【０２２８】以上の結果から、バンプ電極び対応した位
置に貫通孔を有する樹脂シートを用いることによって、
バンプ電極数およびバンプ高さが増加した場合でも、バ
ンプ電極と回路配線基板の電極パッドとを、より確実に
接続することができることがわかる。さらに、樹脂シー
トに設けられた貫通孔に金属導体を埋め込むことによっ
て、電気的接続をよりいっそう確実にすることができ
る。

【０２２９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
成形後の弾性率が非常に小さい樹脂を用いて封止するこ
とによって、または、片面に収縮防止板を取り付けた樹
脂シートを用いて封止することによって、基板の反りを
防止したＢＧＡパッケージが提供される。このようなパ
ッケージを回路基板に実装した際には、接続部の信頼性
を向上させた電子回路装置を得ることができる。

【０２３０】さらに、ＢＧＡパッケージと回路配線基板
との間隙に厚さ方向における熱膨張係数を段階的に異に
した樹脂シートを配置することによって、電子回路装置
のバンプ接続部に発生する応力歪みを緩和させ、信頼性
寿命を向上させることができる。

【０２３１】かかるパッケージおよび電子回路装置は、
種々の機器に適用可能であり、その工業的価値は絶大で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の樹脂封止型半導体装置の製造工程の一
例を示す断面図。

【図２】（ａ）弾性と粘性との力学的な組合わせ模型図
を示す図。 （ｂ）応力振幅と歪み振幅との位相関係を示す図。

【図３】パッケージの反りを示す図。

【図４】本発明の樹脂封止型半導体装置の製造工程の他
の例を示す断面図。

【図５】本発明の電子回路装置の製造工程の一例を示す
断面図。

【図６】本発明の電子回路装置に用いられるＢＧＡパッ
ケージおよび回路配線基板を示す断面図。

【図７】本発明の電子回路装置に用いられる樹脂シート
を示す図。

【図８】本発明の電子回路装置の製造工程を示す断面
図。

【図９】本発明の電子回路装置の製造工程を示す断面
図。

【図１０】本発明の電子回路装置の他の例を示す図。

【図１１】サイクル数と累積不良率との関係を示す図。

【図１２】樹脂シートの寸法と疲労寿命サイクル数との
関係を示す図。

【図１３】パッケージ寸法と疲労寿命サイクル数との関
係を示す図。

【図１４】接続バンプ数とバンプ接続率との関係を示す
図。

【図１５】バンプ高さと接続抵抗値との関係を示す図。

【図１６】従来の電子回路装置を示す図。

【符号の説明】

１…ボールグリッドアレイ基板，２…はんだ端子，３…
半導体チップ ４…ボンディングワイヤ，５…封止用樹脂シート，６…
実装用樹脂シート ７…外側金型，８…内側金型，９…上側金型，１０…下
側金型 １１…収縮防止板，１２…回路基板，１３…封止樹脂，
１４…はんだパッド ２１…ボールグリッドアレイパッケージ，２２…パッケ
ージ基板 ２３…半導体チップ，２５…バンプ電極，２６…樹脂キ
ャップ ２７…ボンディングワイヤ，２８…回路配線基板，２９
…電極パッド ３０…樹脂シート，３２…加熱ヒータ ３３…パッケージ実装用マウンターヘッド，３４…加圧
ヒータ ４０…樹脂シート，４１…貫通孔，４２…樹脂シート，
４３…金属導体 ５１…回路配線基板，５２…半導体チップ，５３…バン
プ，５４…樹脂。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 善積 章 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 山田 浩 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株式会社東芝生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−188852（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−149157（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−254790（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−237141（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−129474（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−104311（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−349893（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/29 H01L 21/60 H01L 23/31

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 裏面に入出力端子用のはんだバンプが二
   次元に配列された基板と、この基板の表面に実装された
   半導体素子とを具備し、前記半導体素子が実装された基
   板の表面を、片面に収縮防止板が取り付けられた樹脂シ
   ートで封止したことを特徴とする樹脂封止型半導体装
   置。
2. 【請求項２】 裏面に入出力端子用のはんだバンプが二
   次元に配列されたパッケージ基板、およびこの基板の表
   面に実装された半導体素子を含む半導体パッケージと、
   前記パッケージを接続搭載するための回路配線基板とを
   具備する電子回路装置において、 前記パッケージ基板と回路配線基板との間隙に、厚さ方
   向において段階的に熱膨張係数を異にする熱硬化性樹脂
   シートを配置したことを特徴とする電子回路装置。
3. 【請求項３】 前記間隙に配置される熱硬化性樹脂シー
   トは、前記パッケージ基板の縦横寸法に対して２０乃至
   ４０％縦横寸法が大きい請求項２に記載の電子回路装
   置。
4. 【請求項４】 前記樹脂シートは、前記パッケージ基板
   の裏面に二次元に形成されたバンプ電極に対応した位置
   に貫通孔が形成されている請求項２または３に記載の電
   子回路装置。
5. 【請求項５】 前記樹脂シートに設けられた貫通孔内に
   金属導体が埋め込まれた請求項４に記載の電子回路装
   置。
6. 【請求項６】 表面に電極パッドが形成された回路配線
   基板上に、厚さ方向における熱膨張係数を異にする未硬
   化の熱硬化性樹脂シートを加圧しつつ配置する工程、 裏面に入出力端子用のはんだバンプが二次元に配列され
   たパッケージ基板と、その表面に実装された半導体素子
   とを含む半導体パッケージを、前記はんだバンプが前記
   回路配線基板の電極パッドに対応するように、前記樹脂
   シート上に位置合わせして搭載する工程、 前記樹脂シートを介して半導体パッケージが搭載された
   回路配線基板に、金型内で熱および圧力を加えることに
   よって、樹脂シートを軟化させるとともに、パ ッケージ
   基板のはんだバンプとこれに対応する電極パッドとを接
   触させる工程、および 熱および圧力をさらに上昇させる
   ことによって、はんだを溶融して回路配線基板の電極パ
   ッドとバンプ電極とを電気的に接続しつつ、前記樹脂シ
   ートを硬化させる工程を少なくとも具備する電子回路装
   置の製造方法。