JPH0368163A

JPH0368163A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH0368163A
Application number: JP1163982A
Authority: JP
Inventors: Kanji Otsuka; 寛治大塚; Masao Kato; 正男加藤; Mitsuo Usami; 光雄宇佐美; Shigeo Kuroda; 黒田　重雄; Takashi Kumagai; 熊谷　多加史; Kunizo Sawara; 佐原　邦造; Takeo Yamada; 健雄山田; Takayuki Okinaga; 隆幸沖永; Seiji Miyamoto; 誠司宮本; Masayuki Shirai; 優之白井
Original assignee: Hitachi ULSI Engineering Corp; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Solutions Technology Ltd
Priority date: 1989-06-28
Filing date: 1989-06-28
Publication date: 1991-03-25

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、半導体装置のパッケージ技術に関し、特に、
表面実装方式パッケージの多ビン化に適用して有効ｆ、
技術に関１゛るものである。

〔従来の技術〕

コンビ瓢−夕の大容蓄化、高速化に＃い、論理ＬＳＩや
画像処理ＬＳ　Ｉｌよとを実装するパッケージの多ビン
化が急速に進行している。

多ビン化に適したパッケージとしては、ビン挿入タイプ
では、ビン・グリッド・アレイ（以下、ＰＧＡという）
が、また、表面実装タイプでは、ＰＬＣＣ（プラスチッ
ク　リープイツト　チップキャリア）ＱＦＰ（クワッド
　フラット　パッケージ）等が知られており、それらの
動向及び技術については、例えは、株式会社工業調査会
、昭和６２年９月１日発行、「電子材料ＪＰ４０−Ｐ５
０、特開昭６３−１３２４６５が挙げられる。

とりわけ、ＰＧＡ方式は、パッケージの裏面全体をリー
ドビンの取り出しに利用できることがら、３００〜５０
０ビンなとのような越冬ビンを必安どするＬＳＩに最適
にパッケージ構造とされ、近年、特に注目されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明者は、上記パッケージの多ビン化を促進するにあ
たっての問題点について検討した。その概要は、下記の
通りである。

すなわち、ＰＧＡを印刷配線板に実装するには、従来、
約０．４６ｍ径のり−ドビンを０．７〜０．８Ｂ径のス
ルーホールに挿入する必要があった。

その際、各スルーホールの周囲にランドが形成されるた
め、実効的々スルーホール径は、約０．８５〜１．０　
ｍとなり、スルーホールを標準的な２．５４ｍ（１００
ｒｔｔｌｌ）ピッチで格子状に配列した場合、隣接する
ランドのピッチは、約１．５ｎとなる。

この場合、印刷配線板の表面に例えば、０．１８關ピツ
チで配線を引さ四すと、各ランド間を７本の配線が通過
できるが、３００〜５００ビンを有するＰＧＡでは、設
計上、１０〜１５本の配線を通過させる必要があるため
、もはや単層の印刷配線板では配線設計が不可能となる
。

ところが、３００〜５００のリードビンを２．５４鵡ピ
ツチで挿入できる多層印刷配線板を設計すると、今度は
、ＰＧＡパッケージの内部配線長および印刷配線板の内
部配線長が長くなり、伝送特性が低下してしまう。

そこで、この伝送特性を考慮してスルーホールピッチを
最適化すると、１．７８ｍ１ｉ（７０ｍ１ｌ）ピッチ、
または、１．２７ａｍ（５０ｍ１ｌ）ピッチにする必要
があるため、配線ピッチがＱ、７８１１１または０．２
７ｆｉとなってしまい、結局、多層印刷配線板を用いた
場合でも、配線設計の限界を超えてしまうことになる。

このように、ＰＧＡの多ピン化を促進するためには、ビ
ン挿入方式では、もはや限界があるため、ビン挿入方式
に代わる表面実装方式の採用が不可欠と々る。

すなわち、ＰＧＡのリードビン先端を印刷配線板の表面
電極に半田付け、またはろう付げする表面実装方式によ
れは、印刷配線板には、ビン挿入用のスルーホールが不
要となり、配縁の引き回し上、ピアホールの必要な箇所
にのみ、リードビンの径と同じか、またはそれよりも僅
かに大径の表面電極を配列するだけでよい、この場合、
表面電極の径は、０．４６〜０．６Ｂでよいため、標準
的ね２．５４ｍピッチで格子状に配列した場合の配線ピ
ッチは、約２鵡となり、３００〜５００ピン程度の越冬
ビンＰＧＡでも充分た配紬スペースが得られる。また、
リードビンか挿入タイプでないため、その径を０．１〜
０．３　ｓｕｍと細くすることができ、表面電極を１．
２７１ｊＩピツチで配列した場合でも、約１、Ｏｎの配
縁スペースが得られる。

さらに、パッケージの小形化も可能となるため、ＰＧＡ
パッケージの内部配線長および印刷配線板の内部配嶽長
が短く紅り、伝送特性が改善されるという効果もある。

ところが、半田、またはろう材馨用いてＰＧＡを印刷配
線板に表面実装する方式では、半導体チップの発熱によ
って、ＰＧＡバフケージと印刷配線板との間に熱的不整
合が生じた際、熱的および機械的応力がリードビンの半
田付け（または、ろう付け）箇所に集中して接合破線を
引き起こすという問題がある。この破訣ポテンシャルは
、集積回路の高集積化に比例して増大し、ＰＧＡの多ビ
ン化を妨げる深刻な要因となる。

また、上記パッケージのうちＱＦＰを配線基板に実装す
る場合は、多ビン化が進むにつれて、リードが細くねり
、同様に熱的不整合による応力がリードビンの半田付は
箇所に集中して振合破壊を引き起こす。

更に近年、本出願人が先に出願した、米国特許出願第０
４１，２０４号に挙げられているようなＭＣＣ（マイク
ロチップキャリア）パッケージにおいては、搭載基板と
の接合を半田ボールを溶融して結合させているため、取
りはすし、不良解析が困難であるという問題がある。

一方、コンビエータに組み込まれる半導体装置は、近年
ますます高速動作、高密度実装のものが要求されており
、更にこれらの信頼性を高めるための検査が重要と紅っ
ている。検査方法としては、ビン挿入タイプのＰＧＡパ
ッケージでは、ビンを測定用のパッドに接続して検査し
ており、異面実装タイプの前記ＭＣＣパッケージでは、
グローブ針による検査測定が行われている。

ところが、ＰＧＡバ１クージの場合、すべてのピンがか
ｋらずしも同じ長さでは々いため、測定用パッドに接続
されないピンが生じる。また、ＭＣＣパッケージの場合
、グローブ針がはんだバンプをつぶしてしまう、更に、
プローブ針自身も変形し易く寿命が短かった。

本発明は、上記問題点に着目してなされたものであり、
その目的は、ＰＧＡを印刷配融板に表面実装する際ビン
−基板接続部での破断防止による接続信頼性を向上させ
、以て、ＰＧＡの多ビン化を促進することのできる技術
を提供することにある。

本発明の１つの目的は、表面実装するタイプのパッケー
ジにおいて、変形し易く、かつばね性のあるピン（リー
ド）を提供することにある。

本発明の１つの目的は、応力吸収作用のあるピンを用い
ることにより、パッケージ、基板の夫々の材料の選択性
を向上させる技術を提供することにある。

和するリードビン及び、それを用いたパッケージを提供
することにある。

更に本発明の１つの目的は、熱的・機械的応力を緩和す
るリードビンを用いたパッケージを複数（多数）搭載し
、実装時の接続信頼性を向上させた半導体メモリモジュ
ールを提供することにある。

更に本発明の１つの目的は、取りはすしを可能にし、不
良解析を容易に行なえるパッケージな提供することにあ
る。

更に本発明の１つり目的は、プローブ針の永久変形を防
止して寿命を高める技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、弾性範囲の大きい材料からなるグ
ローブ針を用いることにより、検査位置の高さにバラツ
キがある場合でも確実に接触させて、検査の信頼性を向
上させることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれは、次の通りである。

板の裏面に所定の間隔を置いて配設された電極にリード
ビンの一端をろう付げするとともに、り一ドビンの他端
を印刷配籾板の主面の電極に半田付け、または、ろう付
けし、かつ、上記リードビンの変形強度をその両端の振
合強度よりも弱くした半導体装置構造とするものである
。

（２）前記リードビンの形状を、熱的・機械的応力が加
わった際に、変形し易い形状すたわちリードビンの中央
部を弓状に湾曲させたものである。

（３）前記リードビンの材質を、変態擬弾性という性質
、すなわち、応力な０とした時にすぐに（常温で）マル
テンサイト→オーステナイトに変態する性質のものとし
た。

（４）前記リードビンの材質を、はね性の大きな材料、
すなわち、はね性の小さいオーステナイトからはね性の
大きいマルテンサイト化し、元にもとらｔｇいよう紅材
料とした。

（５）　　上記（３）、（４）の材質のリードビンに、
更にはんだとの接着性を向上させるために、ニッケル（
Ｎｆ　）。

金（Ａｕ　）をメツキしたものとした。

（６）％性検査時に用いるグローブ針に、前記（３）。

（Ｊ、　（５）の材質を有する材料の針とした。

（７）　　リードビンの形状を変形し易いように、その
中央部を弓状に湾曲させた。具体的には、軸方向からの
変位（ΔＸ）がリードビンの径（ｄ）の１／２以上とな
るようにした。更に、このときのり−ドビンの材料を、
ヤング率が１５×１０１０　　Ｐａ以下の材質のものと
した。

〔作　用〕

上記した手段によれは、マイクロチップキャリヤの絶縁
基板と印刷配嶽板との間の熱的不整合に起因する熱的機
械的応力をリードビンの変形によって緩和することがで
きるため、リードビン端部の接合破壊が有効に防止され
る。

更に、ピンおよびリードと基板接続部での破断防止によ
る接続信頼性な向上することができる。

更に、変形し易くかつばね性のある材料を使用した熱的
・機械的応力を吸収する作用のあるものを、パッケージ
のリードビンに用いることにより、パッケージ、基板の
夫々の材料の選択性を向上させ、更に高密度・高集積・
高信頼性の半導体集積回路装置を提供することができる
。

更に、グローブ針の永久変形を防止して、更に検査の信
頼性を向上させた技術を提供することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

尚、同一機能を有するものは同一符号を用いるものとす
る。

〔実施例１〕第１図囚〜■は、本発明の一実施例である半導体装置を
示す要部断面図である。

本実施例１は、印刷配線板１の上面にマイクロチップキ
ャリヤ２を実装したモジエール構造の半導体装置である
。

印刷配線板１は、ガラス繊維含浸エポキシ樹脂、または
ポリイミド樹脂からなり、その表面には、内部の銅（Ｃ
ｕ）多層配Ｍ１４Ｂに接続された電極３が所定の間隔を
置いて多数配列されている。

第１図（４）は、いわゆるセラミックパッケージであり
、マイクロチップキャリヤ２は、絶縁基板４とキャップ
５とからなるパッケージ構造を有し、その内部には、所
定の集積回路を形成した半導体チップ６が気密封止され
ている。

半導体チップ６は、その集積回路形成向に接合された半
田バング７を介して絶縁基板４の上面の１！極８に７エ
イスダウンボンデイングされている。

また、半導体チップ６の裏面は、半田などの接合材９を
介してキャップ５の内側に接合され、動作時に半導体テ
ップ６から発生する熱がキャップ５を経て外部に放散さ
れる構造となっている。

マイクロチップキャリヤ２の絶縁基板４は、ムライトな
どのセラミック材からなり、キャップ５は、窒化アルく
ニウム（ＡＩＮ）などのセラくツク材からなる。この絶
縁基板４とキャップ５とは、絶縁基板４０周縁部に被着
した半田などの接合材９を介して互いに接合され、マイ
クロチップキャリヤ２の内部の気密が維持される構造と
なっている。

絶縁基板４の表面には、薄膜からなる配線が形成され、
その所定箇所には、必要に応じて、チップコンデンサ１
０などの受動素子が半田付けされる。

絶縁基板４の下面全体には、所定の間隔を置いて多数の
電極８が格子状に配設されており、これらの電極８は、
絶縁基板４の内部を通るタングステン（Ｗ）配ｄｉ　４
Ａを介して上面のｔ極８に接続されている。

絶縁基板４の下面の電極８には、リードビン１１の上端
が銀（Ａｇ）／銅（Ｃｕ）合金などのろう材または半田
等の１＆着剤１２を介して接合され、各リードビン１１
の下端は、半田１３を介して印刷配線板１の電極３に接
合されている。また、リードビン１１は、通常の森加工
、板加工され、切断打抜き加工、又はエプチング加工さ
れ、形成される。

絶縁基板４と印刷配線板１とを接続する上記リードビン
１１は、その軸方向から圧縮荷重を受けた際の曲げ強度
（座屈強度）が、ろう材１２の接合強度および半田１３
の接合強度のいずれよりも小さい値となるように設計さ
れている。

第１図■は、いわゆるプラスチックパッケージである。

マイクロチップキャリア２′は、ガラスエポキシかもな
る絶縁基板２１と同材のキャップ１５とからなるパッケ
ージ構造を有し、その内部には、前記した半導体チクプ
ロが封止されている。

半導体チクプロは、絶縁基板２１の中央部に銀（Ａｇ）
入りエポキシ樹脂等の接着剤１ｂを介してベレット付け
されている。そして、前記半導体チップ６上に形成され
た集積回路から外部に信号を取り出すために、絶縁基板
２１０表面に形成された銅（Ｃｕ）からなる配線１７と
外部端子（ボンディングパッド）３８とを、金あるいは
銅からなるワイヤ１８にて電気的に接続している。

ベレット付け、ワイヤボンディングされた半導体チクプ
ロは、エポキシ系あるいは半田等の接合材を介してキャ
ップ１５にて封止される。

絶縁基板２１の内部に、スルーホールを形成し、リード
ビン１１を挿入し、半田を充填することによりて、各リ
ードビン１１を絶縁基板２１に取付ける。前記リードビ
ン１１の挿入された先端は、前記配ＭＡ１７と電気的に
接続している。

更に、リードビン１１の下端と印刷配線基板１とは、前
述のセラぐククパッケージと同じ方法で接合される。

次に、座屈強度と接合強度を考慮した実装方法について
述べる。

本冥施例１では、リードビン１１の強度をＰｌ。

ろう材１２．半田の接合強度をそれぞれＳ、　＃　ｓ。

とした場合、ＰＩ　＜ＳＳ　ｅ　　ＳＳを満足するよう
な座屈強度を有している。

ここで、はんだの接合強度Ｓ宜　（ｋｇｆ）の定義は、Ｓ、＝σＳ−Ａ　　σＳ：接合応力（ｋｇｆ／−）Ａ　
：はんだ打部の有効接台所面積とたる、この定義は、以下の条件を含む、すなわち、 σ＝Ｅ−ｇ（ｆｆ）−（１）　　Ｅ　：はんだのヤング
率Ｃ：応力（σ）の関数として表わされるひすみである、ここで、半田のように弾性状態と塑性状態をわ
ける明確な降伏点の存在しない材料では、経験的に０．
２％のみかげの降伏点を生じる応力を降伏応力のかわり
に用いる。そこでこれを＃８（σ）（応力の関数）と表
わす、更に、純粋な降伏点ｇ、（σ）が先ず考えられる
が、その他に半田にはクリープ現象があるため、εＣ（
σンを応力σの関数として表わしたクリープひずみとす
ると、６８（σ）＝　ｇ　ｐ　（σ）＋ｔ　ｃ　（σ）
＝０．２（％）　　−（２）となり、す々わちこれがみ
かげ上の降伏時のひずみ量と々る。

（２１式より得られた歪量を（１）式に入れると、σ＄
＝ＥＸ０．２％となり、Ｓ、＝ＥＸ０．２％ＸＡという条件を満たす必要がある。

更に、リードビン１１の取り付は部の形状により、応力
分布が生じる。その中で最大応力部σｍａｗでクランク
が発生する。そこで、寿命を考慮したＳとするため□は
、有限要素法による応力計算で得られた相当ひずみ量を
Ｍ　ｅ　ｑと定義すると、Ｃｅｑ≦０．２％モデＣという条件を満たす必要がある。

また、接合強度Ｓ、も同様に定義づけられる。

一方、リードビン１１の強度はＰｌであり、とのＰｌは
断面２次モーメントＩより４出される。

第１図（Ｑに示すように、変位υを起こした場合、ビン
は反力Ｒでもどすように力が働く、そこでＲ＝Ｐ、と定
義すると、Ｒ＝ｕ−工旦ニー（３）Ｊ：リードビンの長さＳであり、ここで、断面２次モーメントは、ビン（円柱）の場合、ｉ＝　　−ｄ４　　　　ｄ　：ビンの直径４であるため、これを〈３）式に代入すると、と定義づけ
られる。

次に、上記のような条件を満足するようなリードビン１
１について述べる。

材料（１）　：夕／ゲステン、モリブデン、カーボン、
アモルファス金属、ばね性の強い細線などを例示するこ
とができる。また、上記細線を第１図０のように銅（Ｃ
ｕ）などの軟金属を結合材として束ねた複合線材１１Ａ
でもよい。更に、メツキ１１Ｂが施こされる。メツキと
しては、通常金（Ａｕ）メツキあるいは金（Ａｕ　）／
ニッケル（Ｎｉ　）メツキなどが施されるが、メツキの
板厚は極めて薄いため、座屈強度に及ぼす影響は、無視
してよい。

また、メツキは、はんだ付けをしやすくするためであり
、具体的にはＮｉ１〜４μｍ、ＡｕＯ，１〜１μｍを施
こすとよい。

材料（２）：変態擬弾性（又は超弾性とよぶ）の性質を
有する材料を用いる。例えは、ＴＬ（５１ｗｔ％）−Ｎ
ｌ（４９ｗｔ％’）ｅ　Ａｇ　（４５ｙｊ％）−Ｃｄ（
５５ｗｔ％）、Ｃｕ　（１４，５ｗｔ％）−Ａｊｊ（４
，４ｗｔ％）　−Ｎ　ｉ　（８１，１ｗｔ％）、Ｔ１７
７ｊ、４７ｗｔ％）−旧（３ｗｔ％）　Ｆｅ（５０ｗｔ
％）が挙げられる。

変態擬弾性の材料とは、すなわちマルテンサイト変態を
起こす合金系のうち、応力を除去しただけで、常温（１
５〜３０℃）でもとの形状に戻るものである。これは、
応力をかげたことにより永久変形ではなく、オーステナ
イト（４）からマルテンサイ）Ｈに結晶構造が変化（変
態）したからである、応力の方向に応じて収縮・膨彊（
例えば、体心立方格子ｂｅｅ　であれはＺ軸に２０％収
縮し、ｘ、ｙ軸に１２％膨張）が起こるため、大きｆ、
変形をしてもその失態内で吸収され、解散すると元にも
どるのである。

また、この変態！Ｉ！弾性は、形状記憶合金とは真紅ロ
、形状記体合金は、常温以上の熱を加えることによりて
元の形状に戻る。）これに関する内容は、昭和５９年（
１９８４）６月７日、産業図書株式会社発行、「形状記
憶合金ｊｐ１〜３．ｐ３４〜３６に記載されており、こ
こ・での詳しい説明は省略する。

４　（３）“弾性限界強度（降伏イぽ）が高く、弾性係
数の低い材料（すなわちばね性の大きな材料）を用いる
。このような性質の材料としては、例えば表１．及び表
２．（文末に示す）が挙げられる。

表１゜には、超高張力材料を示す。これは、復元範囲が
広い材料で、応力を加えることによってマルテンサイト
化し、元にもどらないものである。

本発明では特に、ＬＳＩ組立、実装プロセスで３５０℃
（ｍａｘ）の温度が通常加わるので、マルテンサイト化
をし、それの焼きもどしをする温度が５００℃以上のも
のを用いた。

表２．には、さらに高温処理に有効な材料、耐熱超高張
力材を示す。これは特に、ガラス封止では４５０℃程度
の温度で処理するため、この温度に充分耐えられるよう
にしたものである。例えは、表２、のＤ材は約６００℃
の耐熱性がある。

更に、本発明におけるリードやビン材としては、！ｉ！
２．０Ｂ材は最も有効である。これは、Ｂ材は弾性率が
他よりも低いため、オーステナイトからマルテンサイト
への変態が少ない応力で行なわれる（／ｉ、りわゝ・あ
まり応力をかげなく１も変肌易ぃ）からである。

以上のように、絶縁基板４及び２１と印刷配線板１とを
接続するリードビン１１の強度Ｐ、を、ろう材１２およ
び半田１３の接合強度Ｓ、、Ｓ。

のいずれよりも小さく　（Ｐ＜８１−　　Ｓｔ　　）す
る条件を満たすようにリードビンを設計するか、あるい
は、その条件を満たした上で、前記はね性の強い細線・
複合線材（ｍ維強化ビン）・変態擬弾性（超弾性）ビン
、超高張力材ビン・耐熱超高張力材ビン等復元力の高い
ビンを使用した本実施例１によれは、半導体チップ６の
発熱によって絶縁基板４と印刷配線板１との閾に熱的不
整合が生じた場合でも、この熱的不整合に起因する熱的
機械的応力をリードビン１１の変形によって緩和するこ
とができるため、リードビン１１の端部の接合破壊が有
効に防止される。

これにより、リードビン１１を備えたマイクロチップキ
ャリヤ２を印刷配線板ｌに表面実装する際の接続信頼性
が確保され、その多ビン化を促進シｆ憂ことができるた
め、越冬ピン表面実装タイプＰＧＡを実現することが可
能となる。

更に、本実施例１のＰＧＡタイプパッケージは、第２図
（４）および（ロ）に示すように、例えは浮浪印刷焼成
技術によって形成したムライト等のセラミックからなる
印刷配録基板ＩＫ複数個搭載され、モジネール６１を形
成している。５０は、マイク。

チップキャリア２のリードビン１１．１２が接合されて
いる電極３と内部配Ｈ１４Ｂを通して電気的に接続され
ているビンであり、例えば４２７０イに金メツキを施こ
した材料からなる。

更にモジュール６１は、第２図（６）に示すように、キ
ャップ５の全上面にくし歯状に形成した下部放熱フィン
６０を隙間を生じないように接触させている。そして、
下部放熱フィン６０の凹部と嵌合するように、上部放熱
フィン５９Ｂをキャップ５９Ａと一体に形成している。

キャッ／’５９Ａ・上部放熱フィン５９Ｂは、ｃｕとＭ
ｏの合金からなり、印刷配線基板１上のマイクロチップ
キャリア２を封止できるように、上部と西側面を囲む箱
状をしている。キャップ５９Ａの周辺は、半田（例えば
Ｐｂ６０ｗｔ％−８ｎ４０ｖｔ％）によって印刷配線基
板１に接着させである。また、キャップ５９Ａには複数
の水路５８が設げてあり、ここに冷却水を流すことによ
って、マイクロチクプキャリア２で発生した熱を有効に
冷却する。

〔実施例２〕第２図（４）〜Ｃ）は、本発明の一実施例である半導体
装置を示す図である。

本実施例２は、印刷配線基板１の上面に、ＱＦＰタイプ
のパッケージ２４を実装したモジ島−ル構造の半導体装
置である。

ＱＦＰパッケージ２４は、Ｃｕ系薄板を打ち抜き加工ま
たはエクチング加工により形成したリードフレーム２２
のグランドリード部（又はタブ部）２５上に半導体チク
プロをベレット付けし、インナーリード部２２Ａと前記
半導体チクプロとをツイヤ１８を介して電気的に接続し
、さらにエポキシ樹脂にて封止することによって得られ
る。

また、このＱＦＰパッケージ２４は、アウターリード部
２２Ｂを介して印刷配線基板１上に実装される。

そして、実施例１と同様に、印刷配線基板１とパッケー
ジ２４とを接続する上記リード２２Ｂは、曲げ強度Ｐｌ
が半田１３の接合強度よりも小さい値となるように設計
されている。

リード２２Ｂの強度Ｐｉｅ半田の接合強度をＳｓとした
場合、Ｐｇ＜Ｓｓを満足するような座屈強度を有してい
る。

ここで、接合強度Ｓ１は実施例１の場合の接合強度Ｓ、
と同じ条件で定義づけることができるので、その説明を
省略する。

一方、リード２２Ｂの強度Ｐｔは、第３図０に示すよう
に、変位Ｕを起こした場合、次のように定義づけられる
。

リード（角柱）の場合の断面２次モーメントは、工＃工
・ｂ−ｈ’　　ｂ：リードの巾２ｈ：リードの厚さである。これを実施例１の（３）式に代入すると、と定
義づけることができる。

更に、このリード２２は、実施例１で述べた材料（１）
、　（２，）、（３）を用いて形成している。すなわち
、はね性の強い細紐・複合線材・変態擬弾性リード・超
高張力材リード・耐熱超高張力材リード等の複元力の高
い材料をリードとして使用した。これにより、パッケー
ジ２４と印刷配線基板ｌとの間に熱的不整合が生じた場
合でも、この熱的不整合に起因する応力をリード２２Ｂ
の変形によって緩和することができるため、リード２２
Ｂの端部の接合破馳が有効に防止される。

〔実施例３〕納４図及び第５図に、実施例１でリードピンとして用い
たはね性の強い細紐・複合組材・変態擬弾住材・超高彊
力材・耐熱超高張力材等を使用した他の実施例を示すも
のである。

ｈ４図−において、６２はウェハプローバーである。２
６は同軸コネクタ、２７はインピーダンス整合記載を施
こしたプリント基板＃　２８はエッｆ’ｌグ加工等によ
って成形されたグローブ針、２９不）は信号ライン、３０はグランドライン、３４は上下可動
ビンである。このウェハプローバー６２は、Ｘ−Ｙテー
プ＃３３上に載置されたウェハ３２内の半導体チップに
用意された電極（又はテスト用電極）３１と、前記プロ
ーブ針２８をコンタクトさせ、周知のテスタと連動して
半導体集積回路装置を自動的にテストするための装置で
ある。

第４図（６）は、第４図（４）のウェハプローバー６２
の一変形例であるウェハプローバー６３である。

これは、プリント基板２７にスルーホール３６を形成し
、グローブピン３５を埋め込み取り付けする。そして、
Ｘ−Ｙテーブル３３上に載置したウェハ３２内の半導体
チップに用意された電極３１と、前記グローブピン３５
先端とをコンタクトさせ、テストする。３７は、プロー
ブビン３５をコンタクトさせた時のビンの変形による整
合状態を示すものである。

本実施例３では、前記プローブ針２８．グローブビン３
５を、実施例１で示した材料（１）、　（２）、　（３
ンを−ＩＴＬ、その表面はＮｉ／Ａｕメツキが施こされ
ている。

以上、本米施例３によれは、プローブ針２８及びグロー
ブビン３５に大きな力及び繰り返しの力が加わっても、
元の形状に戻るため、寿命が長く々る。また、針２８．
ビン３５は弾性範囲が大だから、検査位置の高さにバラ
ツキがあっても確実にグローブ針・ビンを接触させ、検
査の信頼性を向上できる。

第５図は、パッケージグローバー６４を用いて、ＰＧＡ
タイプパッケージを検査する装置の要部側面図である。

同図において、４０はビンの変形による整合状態、４１
は加圧ピストン、４２はエポキシ樹脂又はフッ素樹脂等
から紅る位置合せ用ガイド・スペーサー、４３はインピ
ーダンス整合配線を施こしたプリント基板、４４はＸ−
Ｙテーブル、４５は前記基板内に設けられたグランド配
−１４６は信号配線、４７は検査用電極である。

Ｘ−Ｙテーブル４４上に検査のための配線が施の上面に
は、パッケージのリードビン１１先端とコンタクトをと
るための検査用電極（Ａｕ−Ｎｉの順にめっきが施こさ
れている）４７が複数配置されている。この検査用電極
４７に、位置合せ用ガイド・スペーサ４２を使用して所
定の場所に位置づけされたリードビン１１の先端を合せ
、さらに加圧ピストン４１にてパッケージ上方から加圧
することにより、検査用電極４７とリードビン１１とを
完全に接続する。ここで、リードビン１１は、実施例１
に記載の材料（１）、　（２）、　（３）を用いている
ため、リードビン１１の長さ及び電極４７の高さにバラ
ツキがあっても、４０に示すような整合状態となり、決
して破断することはない、また、検査終了後に加圧を除
去してやるともとのビンの状態に戻る。

これにより、パッケージの検査信頼性の向上、リードビ
ンの長寿命化を図れる。

〔実施例４〕第６図（４）、＠に、実施例１でリードビンとして柱材
・超高張力材・耐熱超高張力材等をＴＡＢ（テープ・オ
ートメーテツド・ボンディング）Ｋ使用した他の実施例
を示すものである。

同図（４）のＴＡＢは、まず、絶線材（例えばポリイミ
ド）からなるテープ５１に、本実施例１の材料（１）、
　（２）？　（３）からなるリード５２が形成されたテ
ープキャリアの所定の位置に半導体チクプロを合わせ、
前記半導体デフ１６０回路形成面に設げられた外部端子
であるバンブ電極５３を前記リード５２の先端にボンデ
ィングして得られる。更に、半導体チップ６０表面を保
護するために、エポキシ系樹脂からなるボンティングレ
ジン５４にてコートする。こうして得られたＴＡＢは、
例えばＩＣカード基板、プリント基板等の配線が施こさ
れた絶縁基板５６にボンディングされる。

第６図（均二工、上記ＴＡＢを絶縁基板５６に７エイス
ダウンボンデイングしたものである。

本実施例４では、ＴＡＢのリードに材料（１）、　（２
）（３）を使用することにより、バンブ電極５３とリー
、、５２とを確実に接続できる。また、ＴＡＢの搬、、
１遂時のリード曲がりの心配がいらｆｇいので、半導体パ
ッケージの信頼性及び歩留を向上することができる。更
に、ＴＡＢの基板への実装に際し、熱的・機械的応力を
リードが吸収するため、断線不良等に至らす、確実な実
装を保障できる。

〔実施例５〕第７図（Ａ、＠は、本発明の他の実施例である半導体装
置を示す要部断面図、第１（Ｑは、この半導体装置のリ
ードビンを示す正面図である。

本実施例５０半導体装置もまた、絶縁基板４と印刷配線
板１との間に設けたリードビン２０を介してマイクロチ
ップキャリヤ２を印刷配線板ｌに表面実装したものであ
り、前記実施例１との相違点は、リードビン２０の形状
および材質である。

すなわち、本実施例５のリードビン２０は、熱的機械的
応力が加わった際、変形し易い形状と々っている。すな
わち、このリードビン２０は、そのヤング率が１５　Ｘ
　１０　　Ｐａ以下の材質からなり、第７図（Ｑに示す
ように、軸方向からの変位實ｘ）が径（ｄ）の１／２以
上となるよう、あらかじめその中央部を弓状に湾曲させ
である。

ここで、第７図（４）はセラミックパッケージ、■はプ
ラスチックパッケージであり、そのパッケージの材料及
び機能は前記実施例１で述べた第１図（４）、（６）と
同じであり、その繰り返し説明は省略する。

１５×１０１０　　Ｐａ以下のヤング率を有するり−ド
ビン材料としては、例えは、高純度銅（Ｃｕ）、高純度
鉄（Ｆｅ）、高純度二７ケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）合金
、はね性の強い細線な銅（Ｃｕ）などの秋金属を結合材
として束ねた複合線材などの４％材料を例示することが
できる。

リードビン２０を上記のような形状、材質で構成するこ
とにより、その変形強度（降伏強度）がろう材１２およ
び半田１３の接合強度のいずれよりも小さくなり、熱的
機械的応力が加わった際、湾曲部に塑性変形が生じて応
力を緩和することができるため、前記実施例１の場合と
同様、リードビン端部の接合破壊を有効に防止すること
ができる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

（１）　　熱的・機械的応力を緩和できるリードビン１
１を備えたマイクロチップキャリヤ２を印刷配線板１に
表面実装する際の接続信頼性が確保され、その多ピン化
を促進することができるため、超多ビン表面実装タイプ
ＰＧＡを実現することが可能とｋる。

（２）熱的・機械的応力を緩和できる材料構成すること
により、プローブ針２８及びグローブビン３５に大きな
力及び繰り返しの力が加わりても、元の形状に戻るため
、寿命が長くなる。、また、針２８、ビン３５は弾性範
囲が大だから、検査位置の高さにバラツキがあっても確
実にグローブ針・ビンを接触させ、検査の信頼性な向上
できる。

（３）熱的・機械的応力を緩和できる材料を用いて、リ
ードビンを構成することにより、ＰＧＡパッケージの検
査信頼性向上、リードビンの長寿命化を図れる。

（４）ＴＡＢのリードに熱的・機械的応力を緩和する材
料を使用することにより、バング電極５３とリード５２
とを確実に接続できる。また、ＴＡＢの搬送時のリード
曲がりの心配がいらないので、半導体パッケージの信頼
性及び歩留を向上することができる。更に、ＴＡＢの基
板への実装に際し、熱的・機械的応力をリードが吸収す
るため、断線不良等に至らず、確実な実装を保障できる
。

（５）　　リードビン２０を１５×１０１０　　Ｐａ以
下のヤング率を有する材料で構威し、更に軸方向からの
変位（ΔＸ）が径（ｄ）の１／２以上となるように湾曲
させた形状とすることにより、その変形強度（降伏強度
）がろう材１２および半田１３の接合強度のいずれより
も小さくなり、熱的機械的応力が加わった際、湾曲部に
塑性変形が生じて応力を緩和することができるため、前
記実施例１の場合と同様、リードビン端部の接合破壊を
有効に防止することができる。

第１図（４）は、本発明り実施例１０半導体装置を示す
要部断面図、第１図（明工、本発明の実施例１の他の例を示す要部断
面図、第１図０は、実施例１のリードビンを示す正面図、第１開山は、実施例１のリードビンの一例を示す要部断
面図、第２図囚は、実施例１の全体を示す斜視図、第２図（６
）は、実施例１０半導体装置モジュール構造を示す断面
図、第３図囚は、本発明の実施例２０半導体装置を示す断面
図、第３図０は、本発明の実施例２０半導体装置を示す半導
体装置の斜視図、第３図（Ｑは、実施例２のリードな示す要部側面図、第４図囚は、本発明の実施例３の検査装置であるウェハ
グローバーを示す要部断面図、第４図（鴎は、実施例３
の他の検査装置であるつエバプローバーを示す要部断面
図、第５図は、実施例３の他の検査装置であるパッケージプ
ローバーを示す要部断面図、ｍ６図（Ａ、＠は、本発明の実施例４であるＴＡＢ　（
Ｔａｐｅ　Ａｕｔｍａｔｅｄ　　Ｂｏｎｄｉｎｇ）方式
の半導体装置を示す断面図、第７図囚は、本発明の実施例５の半導体装置を示す要部
断面図、第７図（至）は、実施例５の他の例を示す要部断面図、第７図（Ｑは、実施例５のリードビンを示す正面図であ
る。

図中、ｌ・・・印刷配線基板、２・・・マイクロチップ
キャリア、３．８・・・電極、４，２１．５６・・・絶
縁基板、５，１５，５９Ａ・・・キャクプ、６・・・半
導体チップ、７・・・半田バンプ、９・・・接合材、１
０・・・チップコンデンサ、１１．２０・・・リードビ
ン、１２・・・ろう材、１３．５５・・・半田、１４Ａ
・・・タングステン配線、１４Ｂ・・・多層配縁、１６
・・・接着剤、１７・・：ゝ銅配線、１８・・・ワイヤ
、２２・・・リード７し＝４・　２２　Ａ−°゛仰ナー
リード部・　２２８°°°で、ウターリード部、２４・
・・ＱＦＰパッケージ、２５・・・グランドリード部、
２６・・・同軸コネクタ、２７゜４３・・・プリント基
板、２８・・・グローブ針、２９・・・信号ライン、３
０・・・グランドライン、３１・・・テスト用電極、３
２・・・ウェハ、３３．４４・・・ＸＹテーブル、３４
・・・上下可動ビン、３５・・・グローブビン、３６・
・・スルーホール、３７．４０・・・整合状態、３８・
・・外部端子、４１・・・加圧ピストン、４２・・・ガ
イド・スペーサー、４５・・・グランド配線、４６・・
・信号配線、４７・・・検査用電極、５ｏ・・・ビン、
５１・・・テープ、５２・・・リード、５３・・・バン
ブ電極、５４・・・ボッティングレジン、５８・・・水
路、５９Ｂ・・・上部放熱フィン、６ｏ・・・放熱フィ
ン、６１・・・モジ為−ル、６２．６３・・・ウェハプ
ローバー、６４・・・パッケージブローバーチアル。

第７（Ａ）図４Ｂ第ＨＢノ図第２（Ａ）図第２（Ｂ）図第７（Ａ）図第７（Ｂ）図３６７−

Claims

【特許請求の範囲】１、主面に集積回路を形成した半導体チップをその内部
に有するパッケージと、その上面に配線及び電極ｓが施こされ、前記パッケージ
を搭載するための配線基板と、前記パッケージ内半導体チップから前記配線基板へ、電
気信号を伝達するための手段であり、その一端はパッケ
ージに接続し、他端は前記電極ｓと接続しているリード
ｓと、前記リードｓと電極とを接合するための接合材からなり
、ここにおいて、前記リードｓの変形強度は、前記リード
ｓと電極との接合部の接合強度よりも小さいことを特徴
とする半導体装置。２、前記半導体チップを搭載するための絶縁基板と、封
止するためのキャップからなることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の半導体装置。３、前記絶縁線基板内に形成された、前記半導体チップ
とリードｓとを電気的に接続するための内部配線からな
ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の半導体
装置。４、前記絶縁基板とキャップとを接合するための接着剤
からなることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
半導体装置。５、前記リードｓは、タングステン、モリブデン、カー
ボン、アモルファス金属のうちの１つであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。６、前記リードｓは、変態擬弾性材であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。７、前記変態擬弾性材は、Ｔｉ−Ｎｉ、Ａｇ−Ｃｄ、Ｃ
ｕ−Ａｌ−Ｎｉ、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｆｅ合金のうちの１つで
あることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の半導
体装置。８、前記リードｓは、超高張力材あるいは耐熱超高張力
材であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
半導体装置。９、前記絶縁基板はムライト、前記キャップはＳｉＣで
あることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の半導
体装置。１０、前記絶縁基板及びキャップは、ガラスエポキシで
あることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の半導
体装置。１１、前記パッケージは、エポキシ系樹脂であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。１２、主面に集積回路を形成した半導体チップをその内
部に有するパッケージと、その上面に配線及び電極が施こされ、前記パッケージを
搭載するための配線基板と、前記パッケージ内半導体チップから前記配線基板へ、電
気信号を伝達するための手段であり、その一端はパッケ
ージに接続し、他端は前記電極と接続しているリードｓ
と、前記リードｓと電極とを接合するための接合材からなり
、ここにおいて、前記リードｓはヤング率が１５×１０＾１＾０Ｐａ以下の材質からなり、かつその
軸方向からの変位が前記リードｓの径の１／２以上とな
るように湾曲させていることを特徴とする半導体装置。１３、前記半導体チップを搭載するための絶縁基板と、
封止するためのキャップからなることを特徴とする特許
請求の範囲第１２項記載の半導体装置。１４、前記絶縁基板内に形成された、前記半導体チップ
とリードｓとを電気的に接続するための内部配線からな
ることを特徴とする特許請求の範囲第１３項記載の半導
体装置。１５、前記絶縁基板とキャップとを接合するための接着
剤からなることを特徴とする特許請求の範囲第１３項記
載の半導体装置。１６、前記絶縁基板はムライト、前記キャップはＳｉＣ
であることを特徴とする特許請求の範囲第１３項記載の
半導体装置。１７、前記絶縁基板及びキャップは、ガラスエポキシで
あることを特徴とする特許請求の範囲第１３項記載の半
導体装置。１８、前記リードｓは、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ合金の
うちの１つであることを特徴とする特許請求の範囲第１
２項記載の半導体装置。１９、前記リードｓは、複合線材であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１２項記載の半導体装置。２０、前記複合線材は、カーボン繊維が入つたＣｕある
いはＮｉであることを特徴とする特許請求の範囲第１９
項記載の半導体装置。２１、主面に集積回路と外部端子が形成された半導体チ
ップと、前記外部端子上に形成された突起電極と、前記突起電極と電気的に接続され、かつ前記半導体チッ
プ内から外部に信号を伝達するための手段であるリード
、とからなり、ここにおいて、前記リードｓは、タングステン、モリブ
デン、カーボン、アモルファス金属のうちの１つからな
ることを特徴とする半導体装置。２２、前記リードｓは、変態擬弾性材であることを特徴
とする特許請求の範囲第２１項記載の半導体装置。２３、前記変態擬弾性材は、Ｔｉ−Ｎｉ、Ａｇ−Ｃｄ、
Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｆｅ合金のうちの１つ
であることを特徴とする特許請求の範囲第２２項記載の
半導体装置。２４、前記リードｓは、超高張力材あるいは耐熱超高張
力材であることを特徴とする特許請求の範囲第２１項記
載の半導体装置。２５、主面に集積回路を形成した半導体チップをその内
部に有する複数のパッケージｓと、その上面に配線及び電極ｓが施こされ、前記パッケージ
ｓを搭載するための配線基板と、前記パッケージｓ内の
半導体チップから前記配線基板へ、電気信号を伝達する
ための手段であり、その一端は前記パッケージｓに接続
し、他端は前記電極ｓと接続しているリードｓと、前記
リードｓと電極とを接合するための第１の接合材と、前記複数のパッケージｓを同時にその内部に封止するた
めの封止体と、前記配線基板と封止体とを接合するための第２の接合材
とからなり、ここにおいて、前記リードｓの変形強度は、　前記リー
ドｓと電極との接合部の接合強度よりも小さいことを特
徴とする半導体装置。２６、前記半導体チップを搭載するための絶縁基板と、
封止するためのキャップからなることを特徴とする特許
請求の範囲第２５項記載の半導体装置。２７、前記絶縁基板内に形成された、前記半導体チップ
とリードｓとを電気的に接続するための内部配線からな
ることを特徴とする特許請求の範囲第２５項記載の半導
体装置。２８、前記絶縁基板とキャップとを接合するための接着
剤からなることを特徴とする特許請求の範囲２６項記載
の半導体装置。２９、前記リードｓは、タングステン、モリブデン、カ
ーボン、アモルファス金属のうちの１つであることを特
徴とする特許請求の範囲第　項記載の半導体装置。３０、前記リードｓは、変態擬弾性材であることを特徴
とする特許請求の範囲第　項記載の半導体装置。３１、前記変態擬弾性材は、Ｔｉ−Ｎｉ、Ａｇ−Ｃｄ、
Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｆｅ合金のうちの１つ
であることを特徴とする特許請求の範囲第項記載の半導
体装置、３２、前記リードｓは、超高張力材あるいは耐熱超高張
力材であることを特徴とする特許請求の範囲第　項記載
の半導体装置。３３、前記絶縁基板はムライト、前記キャップはＳｉＣ
であることを特徴とする特許請求の範囲第　項記載の半
導体装置。３４、前記絶縁基板及びキャップは、ガラスエポキシで
あることを特徴とする特許請求の範囲第項記載の半導体
装置。３５、前記パッケージは、エポキシ系樹脂であることを
特徴とする特許請求の範囲第　項記載の半導体装置。３６、前記パッケージｓと封止体との間に位置し、かつ
密着接続された放熱体からなることを特徴とする特許請
求の範囲第２５項記載の半導体装置。３７、前記放熱体は、Ｃｕ−Ｍｏ合金からなることを特
徴とする特許請求の範囲第３６項記載の半導体装置。３８、前記封止体は、Ｃｕ−Ｍｏ合金からなることを特
徴とする特許請求の範囲第２５項記載の半導体装置。３９、前記封止体内に設けられた複数の水路からなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２５項記載の半導体装
置。