JPH04211150A - 回路基板装置 - Google Patents
回路基板装置Info
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- JPH04211150A JPH04211150A JP3037742A JP3774291A JPH04211150A JP H04211150 A JPH04211150 A JP H04211150A JP 3037742 A JP3037742 A JP 3037742A JP 3774291 A JP3774291 A JP 3774291A JP H04211150 A JPH04211150 A JP H04211150A
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- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
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
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回路基板に形成された
配線導体に半導体素子が突起状電極を介して電気的に接
続された構造を有する回路基板装置に関する。 [0002]
配線導体に半導体素子が突起状電極を介して電気的に接
続された構造を有する回路基板装置に関する。 [0002]
【従来技術及び本願の解決すべき課題】半田バンプ(突
起状電極)を有する半導体チップ(フリップチップが回
路基板上の配線導体に固着され且つ電気的に接続された
構造の回路基板装置がある。この種の回路基板装置では
、フリップチップと回路基板の熱膨張係数差に起因する
熱疲労によって半田バンプに亀裂が生じる不良モードが
発生し易い。半田バンプの熱疲労特性を向上する策とし
て半田バンプの形状を改良することが知られている。 例えば、特開昭63−62333号公報では半田バンプ
を柱状に高く形成して、半田バンプの熱疲労を緩和する
方法が開示されている。しかしながら、柱状の半田バン
プを形成するためには予め大面積の半田バンプを形成す
る必要があり、フリップチップの小形・高密度実装化の
点で不利である。また、柱状の半田バンプを形成するこ
と自体容易ではない。そこで、本願は上記の問題を解決
し、熱疲労特性に優れた回路基板装置を提供することを
目的とする。
起状電極)を有する半導体チップ(フリップチップが回
路基板上の配線導体に固着され且つ電気的に接続された
構造の回路基板装置がある。この種の回路基板装置では
、フリップチップと回路基板の熱膨張係数差に起因する
熱疲労によって半田バンプに亀裂が生じる不良モードが
発生し易い。半田バンプの熱疲労特性を向上する策とし
て半田バンプの形状を改良することが知られている。 例えば、特開昭63−62333号公報では半田バンプ
を柱状に高く形成して、半田バンプの熱疲労を緩和する
方法が開示されている。しかしながら、柱状の半田バン
プを形成するためには予め大面積の半田バンプを形成す
る必要があり、フリップチップの小形・高密度実装化の
点で不利である。また、柱状の半田バンプを形成するこ
と自体容易ではない。そこで、本願は上記の問題を解決
し、熱疲労特性に優れた回路基板装置を提供することを
目的とする。
【0003]
【課題を解決のための手段】本発明の回路基板装置は、
半導体素子と、一方の主面に配線導体が形成された回路
基板とを有し、半導体素子の一方の主面と回路基板の一
方の主面とが離間して対向するように配置され、半導体
素子が配線導体に突起状電極を介して電気的に接続され
ている。回路基板の一方の主面と半導体素子の一方の主
面とが対向する領域に粒状シリカとポリイミド系又はポ
リアミド系の樹脂を含有する保護樹脂が充填されている
。保護樹脂の線膨張係数は回路基板の線膨張係数より小
さく半導体素子の線膨張係数よりも大きい。粒状シリカ
の平均粒径は5μm〜25μmである。保護樹脂は、8
5.5重量%〜96.5重電%の粒状シリカを含有して
いる。また、本発明では、回路基板の一方の主面と半導
体素子の一方の主面とが対向する領域に粒状シリカとポ
リイミド系又はポリアミド系の樹脂を含有する第1の保
護樹脂が充填され、半導体素子及び第1の保護樹脂は第
2の保護樹脂で被覆されている。更に第2の保護樹脂は
樹脂封止体で被覆されている。第1の保護樹脂の線膨張
係数は回路基板の線膨張係数より小さく半導体素子の線
膨張係数よりも大きい。第2の保護樹脂の線膨張係数は
第1の保護樹脂の線膨張係数よりも大きく、樹脂封止体
の線膨張係数よりも小さい。第2の保護樹脂は粒状シリ
カとポリイミド系又はポリアミド系の樹脂を含有する。 第1の保護樹脂と第2の保護樹脂は多孔質であり、第2
の保護樹脂の気孔率は第1の保護樹脂のそれよりも小さ
い。第1の保護樹脂に含有されている粒状シリカの平均
粒径は5μm〜25μmで、第2の保護樹脂に含有され
ている粒状シリカの平均粒径は第1の保護樹脂に含有さ
れている粒状シリカの平均粒径よりも5μm以上大きい
。 第1の保護樹脂は粒径のシリカを85.5重量%〜96
゜5重量%含有しており、第2の保護樹脂は第1の保護
樹脂よりも2重電%以上少ない粒状シリカを含有してい
る。 [0004]
半導体素子と、一方の主面に配線導体が形成された回路
基板とを有し、半導体素子の一方の主面と回路基板の一
方の主面とが離間して対向するように配置され、半導体
素子が配線導体に突起状電極を介して電気的に接続され
ている。回路基板の一方の主面と半導体素子の一方の主
面とが対向する領域に粒状シリカとポリイミド系又はポ
リアミド系の樹脂を含有する保護樹脂が充填されている
。保護樹脂の線膨張係数は回路基板の線膨張係数より小
さく半導体素子の線膨張係数よりも大きい。粒状シリカ
の平均粒径は5μm〜25μmである。保護樹脂は、8
5.5重量%〜96.5重電%の粒状シリカを含有して
いる。また、本発明では、回路基板の一方の主面と半導
体素子の一方の主面とが対向する領域に粒状シリカとポ
リイミド系又はポリアミド系の樹脂を含有する第1の保
護樹脂が充填され、半導体素子及び第1の保護樹脂は第
2の保護樹脂で被覆されている。更に第2の保護樹脂は
樹脂封止体で被覆されている。第1の保護樹脂の線膨張
係数は回路基板の線膨張係数より小さく半導体素子の線
膨張係数よりも大きい。第2の保護樹脂の線膨張係数は
第1の保護樹脂の線膨張係数よりも大きく、樹脂封止体
の線膨張係数よりも小さい。第2の保護樹脂は粒状シリ
カとポリイミド系又はポリアミド系の樹脂を含有する。 第1の保護樹脂と第2の保護樹脂は多孔質であり、第2
の保護樹脂の気孔率は第1の保護樹脂のそれよりも小さ
い。第1の保護樹脂に含有されている粒状シリカの平均
粒径は5μm〜25μmで、第2の保護樹脂に含有され
ている粒状シリカの平均粒径は第1の保護樹脂に含有さ
れている粒状シリカの平均粒径よりも5μm以上大きい
。 第1の保護樹脂は粒径のシリカを85.5重量%〜96
゜5重量%含有しており、第2の保護樹脂は第1の保護
樹脂よりも2重電%以上少ない粒状シリカを含有してい
る。 [0004]
【作用】本願の「請求項1」に記載の発明によれば、粒
状シリカとポリイミド系又はポリアミド系の樹脂を含有
する保護樹脂が半導体素子と回路基板の間に充填されて
いる。このため、保護樹脂の線膨張係数を半導体素子と
回路基板のそれの中間の値に設定できるし、比較的大き
な皮弾性率も得られる。したがって、半導体素子と回路
基板の熱膨張係数差に起因する熱応力や回路基板のそり
等に起因する機械的応力の突起状電極への影響を保護樹
脂によって有効に緩和することができる。 「請求項2
」「請求項3」はその−例として望ましい。また、 「
請求項4」に記載の発明によれば、第1の保護樹脂−第
2の保護樹脂−樹脂封止体の系で線膨張係数が階段的に
増大するので、それぞれの樹脂界面における熱応力が小
さくなる。第2の保護樹脂が第1の保護樹脂よりも気孔
率が小さいと、水分等の異物に対する大きな浸入防止効
果が得られる。 [0005]
状シリカとポリイミド系又はポリアミド系の樹脂を含有
する保護樹脂が半導体素子と回路基板の間に充填されて
いる。このため、保護樹脂の線膨張係数を半導体素子と
回路基板のそれの中間の値に設定できるし、比較的大き
な皮弾性率も得られる。したがって、半導体素子と回路
基板の熱膨張係数差に起因する熱応力や回路基板のそり
等に起因する機械的応力の突起状電極への影響を保護樹
脂によって有効に緩和することができる。 「請求項2
」「請求項3」はその−例として望ましい。また、 「
請求項4」に記載の発明によれば、第1の保護樹脂−第
2の保護樹脂−樹脂封止体の系で線膨張係数が階段的に
増大するので、それぞれの樹脂界面における熱応力が小
さくなる。第2の保護樹脂が第1の保護樹脂よりも気孔
率が小さいと、水分等の異物に対する大きな浸入防止効
果が得られる。 [0005]
【実施例】以下、本発明の一実施例としてフリップチッ
プが固着された回路基板を有する電力用ハイブリッドI
Cについて説明する。本実施例の電力用ハイブリッドI
Cは、第1図に示すように、支持板(1)、外部リード
(2)、回路基板(3)、半導体素子としてのフリップ
チップ(4)、電力用半導体チップ(5)、第1の保護
樹脂(6)、第2の保護樹脂(7)、第3の保護樹脂(
8)及び樹脂封止体(9)とを有する。支持板(1)と
外部リド(2)は金属板材の打ち抜きによって形成され
、支持板(1)の厚みは外部リード(2)の厚みよりも
大きい。 支持板(1)の一方の主面には回路基板(3)と電力用
半導体チップ(5)がそれぞれ接着剤と半田を介して固
着されている。支持板(1)は電力用半導体チップ(5
)と回路基板(3)の放熱板として機能する。回路基板
(3)はAl2O3(アルミナ)セラミックス基板(線
膨張係数6 、8 X 10−6/’C)から成り、そ
の一方の主面には厚膜導体ペーストを焼成して形成され
た配線導体(10)が設けられている。本明細書では電
極部、配線部を総称して配線導体と称する。フリップチ
ップ(4)はトランジスタやモノリシックICを構成す
るシリコン半導体チップ(線膨張係数3.0×10−6
/℃)から成り、その一方の主面には電極及び半田バン
プ(11)が形成されている。 半田バンプ(11)は多層の金属層の上に半球状の半田
層が形成されて成るが、第1図及び第2図ではその詳し
い図示を省略する。フリップチップ(4)は従来例と同
様に半田バンプ(11)が配線導体(10)に固着され
ており、その一方の主面が回路基板(3)の一方の主面
に対向するように配置されている。なお、本実施例では
、フリップチップ(4)の固着を周知の半田リフロー法
で行った。フリップチップ(4)の一方の主面と回路基
板(3)の一方の主面との間隔は約100μmとなって
おり、フリップチップ(4)と回路基板(3)とが対向
する領域には本発明に基づいて第1の保護樹脂(6)が
充填されている。回路基板(3)の上面にはその略全面
にわたって第1の保護樹脂(6)とは異なる第2の保護
樹脂(7)が形成されており、フリップチップ(4)の
上面及び第1の保護樹脂(6)は第2の保護樹脂(7)
によって被覆されている。また、電力用半導体チップ(
5)の上面には上記第1及び第2の保護樹脂(6)
(7)とは異なる第3の保護樹脂(8)が形成されてい
る。このため、電力用半導体チップ(5)と回路基板(
3)の配線導体(10)とを電気的に接続するリード細
線(12)は、その一方の端部側が第3の保護樹脂(8
)に被覆され、他方の端部側が第2の保護樹脂(7)に
被覆される。支持板(1)の全面と外部リード(2)の
端部は周知のトランスファモルト法で形成されたエポキ
シ樹脂(線膨張係数20×10−6/℃)から成る樹脂
封止体(9)によって封止されており、第2及び第3の
保護樹脂(7) (8)は樹脂封止体(9)によって
被覆されている。 [00061本実施例の電力用ハイブリットICの従来
と異なる点は、フリップチップ(4)と回路基板(3)
との間に充填された第1の保護樹脂(6)と回路基板(
3)の全面を被覆する第2の保護樹脂(7)とが従来の
この種の保護樹脂とその組成が著しく異なることにある
。即ち、従来の回路基板装置ではフリップチップ(4)
の下面側も含めて回路基板(3)の上面はシリコンラバ
(線膨張係数2. Ox 10−4/℃)等から成る軟
質性の保護樹脂で被覆されていた。本実施例では、フリ
ップチップ(4)と回路基板(3)との間に充填された
第1の保護樹脂(6)がポリイミド系のファインポリマ
レジンとその平均粒径が12.5μmに規定された粒状
シリカから構成されており且つその混合比が重量比でフ
ァインポリマレジン二粒状シリカ=1:9となっている
硬質性の樹脂である。このため、第1の保護樹脂(6)
は回路基板(3)とフリップチップ(4)の両方に対し
て良好な接着性を有するとともにその線膨張係がフリッ
プチップ(4)と回路基板(3)のそれらの中間(約5
X 10−6/℃)となっている。第2の保護樹脂(
7)は第1の保護樹脂(6)と同様にポリイミド系のフ
ァインポリマレジンと粒状シリカから構成される硬質性
の保護樹脂であるが、第1の保護樹脂(6)とは粒状シ
リカの粒径及び混合比が異なっている。即ち、第2の保
護樹脂(7)に含有される粒状シリカの平均粒径は第1
の保護樹脂(6)のそれより大きく約31.5μmであ
り、ファインボリマレジンと粒状シリカの混合比は重量
比でファインポリマレジン二粒状シリカ=2=8となっ
ている。このため、第2の保護樹脂(7)の線膨張係数
は第1の保護樹脂(6)のそれよりも大きく、約10×
10−6/℃である。なお、回路基板(3)及びフリッ
プチップ(4)に対する接着性は第1の保護樹脂と同程
度に得られる。電力用半導体チップ(5)を被覆する第
3の保護樹脂(8)は第1及び第2の保護樹脂(6)
(7)とは異なりシリカを含有しないポリイミド樹脂
である。本実施例では、熱処理後に常温において硬質性
を有するリジットタイプの樹脂を硬質性樹脂と称し、常
温において軟質性を有する樹脂を軟質性樹脂と称する。 第1及び第2の保護樹脂(6) (7)はいずれも熱
処理によって硬化させる前では、例えばジエチレングリ
コールジメチルエーテル(25℃における粘度0.98
1CPの溶剤)等の揮発性溶剤を含有しており、常温で
流動性のある樹脂である。しかしながら、揮発性溶剤の
含有率は第1の保護樹脂(6)と第2の保護樹脂(7)
とで異なっており、第1の保護樹脂(6)は熱処理によ
って硬化させる前において、その全重量に対して揮発性
溶剤を30重量%含有する。第2の保護樹脂(7)は熱
処理によって硬化させる前において、その全重量に対し
て揮発性溶剤を25重量%含有している。第1図に示す
ようにフリップチップ(4)と回路基板(3)の間に第
1の保護樹脂(6)を充填するにはフリップチップ(4
)が固着された回路基板(3)を用意し、揮発性溶剤を
含有する第1の保護樹脂(6)をフリップチップ(4)
の側面に塗布する。第1の保護樹脂(6)は上記のよう
に揮発性溶剤を多く含有しており且つ粒状シリカの平均
粒径が12.5μmと小さいから、フリップチップ(4
)と回路基板(3)との間に良好に流れ込み、ここを充
填することができる。 [0007]次に、この組立体を室温中で1時間程度保
管して、第1の保護樹脂(6)中に含有される揮発性溶
剤の一部を発揮させる。これにより、第1の保護樹脂(
6)の流動性が損なわれる。次に、揮発性溶剤を含有す
る第2の保護樹脂(7)を回路基板(3)の全面に形成
してフリップチップ(4)と第1の保護樹脂(6)を被
覆する。第2の保護樹脂(7)は第1の保護樹脂(6)
に比べてシリカの平均粒径が大きく且つ揮発性溶剤の含
有率が小さいので、第1の保護樹脂(6)に比べて流動
性が劣る。続いて、第1の保護樹脂(6)と第2の保護
樹脂(7)に室温で5時間、40℃で4時間、150℃
で3時間の熱処理を段階的に施して、第1の保護樹脂(
6)と第2の保護樹脂(7)に含有される揮発性溶剤を
実質的に全て揮発させる。第1の保護樹脂(6)は溶剤
が揮発することによって、熱処理前に比べてその体積が
減少する。しかしながら、ファインポリマレジンに比べ
て粒状シリカを多量に含有する第1の保護樹脂(6)は
溶剤の揮発によって生じる気泡が第1の保護樹脂(6)
中に分散して形成された構造となる。つまり、第1の保
護樹脂(6)は粒状シリカと粒状シリカ間を結合するフ
ァインポリマレジンと溶剤の揮発によって生じた気泡(
空孔)から構成された「軽石」状と呼べる多孔質構造と
なっている。したがって、第1の保護樹脂(6)の上面
はフリップチップ(4)の一方の主面に固着されている
から当接し、第1の保護樹脂(6)とフリップチップ(
4)との間に隙間が形成されない。第2の保護樹脂(7
)も溶剤が揮発することによって同様に多孔質構造とな
るが、揮発性溶剤の含有率が小さい分だけ第1の保護樹
脂(6)よりも気孔率は小さい。 [0008]上記の実施例によれば、フリップチップ(
4)と回路基板(3)との間にこれらの線膨張係数の中
間の線膨張係数を有する第1の保護樹脂(6)が充填さ
れる。このため、フリップチップ(4)と回路基板(3
)の熱膨張係数差に起因する半田バンプ(11)への熱
応力を第1の保護樹脂(6)によって有効に緩和するこ
とができる。即ち、第1の保護樹脂(6)は含有する粒
状シリカの平均粒径と混合比がそれぞれ12.5μm、
90重量%に規定されている。この結果、第1の保護樹
脂(6)の線膨張係数を半田バンプ(11)の熱応力緩
和に最適な線膨張係数(5X 10−6/℃)に設定で
きる。また、熱処理前では第1の保護樹脂(6)は流動
性に優れているから、フリップチップ(4)と回路基板
(3)の間に第1の保護樹脂(6)を短時間でかつ十分
に充填することが可能である。 [0009]第3図に示すように、粒状シリカの混合比
が小さくなると、第1の保護樹脂(6)の線膨張係数が
増大し、これが回路基板(3)の線膨張係数(6,8X
10−6/’C)を越えると応力緩和用の充填材として
望ましくない。また、粒状シリカの混合比が大きくなる
と線膨張係数が低下し、これがフリップチップ(4)の
線膨張係数(3,Ox 10−6/’C)を下回るとや
はり応力緩和用の充填材としては望ましくない。また、
粒状シリカの混合比が同じであっても、その粒径が増大
すると線膨張係数が増大するし、皮膜弾性率が低下し、
望ましくない。第3図では、比較のためにその平均粒径
が第2の保護樹脂(7)と同じ31.5μmとしたとき
の線膨張係数を示す。図示のように、粒状シリカの混合
比が90重電電であっても、平均粒径が31.5μmと
なると、線膨張係数が回路基板(3)のそれよりも大き
くなり、応力緩和用の充填材として良好に機能しなくな
る。また、皮膜弾性率が低下し、回路基板(3)のソリ
等に起因する機械的応力の緩和作用も低下すると考えら
れる。粒状シリカの平均粒径が小さいと、線膨張係数は
小さく皮膜弾性率は大きいが、熱処理前の第1の保護樹
脂(6)にチキソ性(thixotropy)が生じて
見掛は上の粘性が増加する。このため、第1の保護樹脂
(6)をフリップチップ(4)と回路基板(3)との間
に良好に流し込むことが困難となる。以上のように、本
実施例では、応力緩和用の充填材として望ましい線膨張
係数及び皮膜弾性率が得られ且つ形成時の流動性も良好
となるように第1の保護樹脂(6)の粒状シリカの混合
比及び平均粒径が規定されている。
プが固着された回路基板を有する電力用ハイブリッドI
Cについて説明する。本実施例の電力用ハイブリッドI
Cは、第1図に示すように、支持板(1)、外部リード
(2)、回路基板(3)、半導体素子としてのフリップ
チップ(4)、電力用半導体チップ(5)、第1の保護
樹脂(6)、第2の保護樹脂(7)、第3の保護樹脂(
8)及び樹脂封止体(9)とを有する。支持板(1)と
外部リド(2)は金属板材の打ち抜きによって形成され
、支持板(1)の厚みは外部リード(2)の厚みよりも
大きい。 支持板(1)の一方の主面には回路基板(3)と電力用
半導体チップ(5)がそれぞれ接着剤と半田を介して固
着されている。支持板(1)は電力用半導体チップ(5
)と回路基板(3)の放熱板として機能する。回路基板
(3)はAl2O3(アルミナ)セラミックス基板(線
膨張係数6 、8 X 10−6/’C)から成り、そ
の一方の主面には厚膜導体ペーストを焼成して形成され
た配線導体(10)が設けられている。本明細書では電
極部、配線部を総称して配線導体と称する。フリップチ
ップ(4)はトランジスタやモノリシックICを構成す
るシリコン半導体チップ(線膨張係数3.0×10−6
/℃)から成り、その一方の主面には電極及び半田バン
プ(11)が形成されている。 半田バンプ(11)は多層の金属層の上に半球状の半田
層が形成されて成るが、第1図及び第2図ではその詳し
い図示を省略する。フリップチップ(4)は従来例と同
様に半田バンプ(11)が配線導体(10)に固着され
ており、その一方の主面が回路基板(3)の一方の主面
に対向するように配置されている。なお、本実施例では
、フリップチップ(4)の固着を周知の半田リフロー法
で行った。フリップチップ(4)の一方の主面と回路基
板(3)の一方の主面との間隔は約100μmとなって
おり、フリップチップ(4)と回路基板(3)とが対向
する領域には本発明に基づいて第1の保護樹脂(6)が
充填されている。回路基板(3)の上面にはその略全面
にわたって第1の保護樹脂(6)とは異なる第2の保護
樹脂(7)が形成されており、フリップチップ(4)の
上面及び第1の保護樹脂(6)は第2の保護樹脂(7)
によって被覆されている。また、電力用半導体チップ(
5)の上面には上記第1及び第2の保護樹脂(6)
(7)とは異なる第3の保護樹脂(8)が形成されてい
る。このため、電力用半導体チップ(5)と回路基板(
3)の配線導体(10)とを電気的に接続するリード細
線(12)は、その一方の端部側が第3の保護樹脂(8
)に被覆され、他方の端部側が第2の保護樹脂(7)に
被覆される。支持板(1)の全面と外部リード(2)の
端部は周知のトランスファモルト法で形成されたエポキ
シ樹脂(線膨張係数20×10−6/℃)から成る樹脂
封止体(9)によって封止されており、第2及び第3の
保護樹脂(7) (8)は樹脂封止体(9)によって
被覆されている。 [00061本実施例の電力用ハイブリットICの従来
と異なる点は、フリップチップ(4)と回路基板(3)
との間に充填された第1の保護樹脂(6)と回路基板(
3)の全面を被覆する第2の保護樹脂(7)とが従来の
この種の保護樹脂とその組成が著しく異なることにある
。即ち、従来の回路基板装置ではフリップチップ(4)
の下面側も含めて回路基板(3)の上面はシリコンラバ
(線膨張係数2. Ox 10−4/℃)等から成る軟
質性の保護樹脂で被覆されていた。本実施例では、フリ
ップチップ(4)と回路基板(3)との間に充填された
第1の保護樹脂(6)がポリイミド系のファインポリマ
レジンとその平均粒径が12.5μmに規定された粒状
シリカから構成されており且つその混合比が重量比でフ
ァインポリマレジン二粒状シリカ=1:9となっている
硬質性の樹脂である。このため、第1の保護樹脂(6)
は回路基板(3)とフリップチップ(4)の両方に対し
て良好な接着性を有するとともにその線膨張係がフリッ
プチップ(4)と回路基板(3)のそれらの中間(約5
X 10−6/℃)となっている。第2の保護樹脂(
7)は第1の保護樹脂(6)と同様にポリイミド系のフ
ァインポリマレジンと粒状シリカから構成される硬質性
の保護樹脂であるが、第1の保護樹脂(6)とは粒状シ
リカの粒径及び混合比が異なっている。即ち、第2の保
護樹脂(7)に含有される粒状シリカの平均粒径は第1
の保護樹脂(6)のそれより大きく約31.5μmであ
り、ファインボリマレジンと粒状シリカの混合比は重量
比でファインポリマレジン二粒状シリカ=2=8となっ
ている。このため、第2の保護樹脂(7)の線膨張係数
は第1の保護樹脂(6)のそれよりも大きく、約10×
10−6/℃である。なお、回路基板(3)及びフリッ
プチップ(4)に対する接着性は第1の保護樹脂と同程
度に得られる。電力用半導体チップ(5)を被覆する第
3の保護樹脂(8)は第1及び第2の保護樹脂(6)
(7)とは異なりシリカを含有しないポリイミド樹脂
である。本実施例では、熱処理後に常温において硬質性
を有するリジットタイプの樹脂を硬質性樹脂と称し、常
温において軟質性を有する樹脂を軟質性樹脂と称する。 第1及び第2の保護樹脂(6) (7)はいずれも熱
処理によって硬化させる前では、例えばジエチレングリ
コールジメチルエーテル(25℃における粘度0.98
1CPの溶剤)等の揮発性溶剤を含有しており、常温で
流動性のある樹脂である。しかしながら、揮発性溶剤の
含有率は第1の保護樹脂(6)と第2の保護樹脂(7)
とで異なっており、第1の保護樹脂(6)は熱処理によ
って硬化させる前において、その全重量に対して揮発性
溶剤を30重量%含有する。第2の保護樹脂(7)は熱
処理によって硬化させる前において、その全重量に対し
て揮発性溶剤を25重量%含有している。第1図に示す
ようにフリップチップ(4)と回路基板(3)の間に第
1の保護樹脂(6)を充填するにはフリップチップ(4
)が固着された回路基板(3)を用意し、揮発性溶剤を
含有する第1の保護樹脂(6)をフリップチップ(4)
の側面に塗布する。第1の保護樹脂(6)は上記のよう
に揮発性溶剤を多く含有しており且つ粒状シリカの平均
粒径が12.5μmと小さいから、フリップチップ(4
)と回路基板(3)との間に良好に流れ込み、ここを充
填することができる。 [0007]次に、この組立体を室温中で1時間程度保
管して、第1の保護樹脂(6)中に含有される揮発性溶
剤の一部を発揮させる。これにより、第1の保護樹脂(
6)の流動性が損なわれる。次に、揮発性溶剤を含有す
る第2の保護樹脂(7)を回路基板(3)の全面に形成
してフリップチップ(4)と第1の保護樹脂(6)を被
覆する。第2の保護樹脂(7)は第1の保護樹脂(6)
に比べてシリカの平均粒径が大きく且つ揮発性溶剤の含
有率が小さいので、第1の保護樹脂(6)に比べて流動
性が劣る。続いて、第1の保護樹脂(6)と第2の保護
樹脂(7)に室温で5時間、40℃で4時間、150℃
で3時間の熱処理を段階的に施して、第1の保護樹脂(
6)と第2の保護樹脂(7)に含有される揮発性溶剤を
実質的に全て揮発させる。第1の保護樹脂(6)は溶剤
が揮発することによって、熱処理前に比べてその体積が
減少する。しかしながら、ファインポリマレジンに比べ
て粒状シリカを多量に含有する第1の保護樹脂(6)は
溶剤の揮発によって生じる気泡が第1の保護樹脂(6)
中に分散して形成された構造となる。つまり、第1の保
護樹脂(6)は粒状シリカと粒状シリカ間を結合するフ
ァインポリマレジンと溶剤の揮発によって生じた気泡(
空孔)から構成された「軽石」状と呼べる多孔質構造と
なっている。したがって、第1の保護樹脂(6)の上面
はフリップチップ(4)の一方の主面に固着されている
から当接し、第1の保護樹脂(6)とフリップチップ(
4)との間に隙間が形成されない。第2の保護樹脂(7
)も溶剤が揮発することによって同様に多孔質構造とな
るが、揮発性溶剤の含有率が小さい分だけ第1の保護樹
脂(6)よりも気孔率は小さい。 [0008]上記の実施例によれば、フリップチップ(
4)と回路基板(3)との間にこれらの線膨張係数の中
間の線膨張係数を有する第1の保護樹脂(6)が充填さ
れる。このため、フリップチップ(4)と回路基板(3
)の熱膨張係数差に起因する半田バンプ(11)への熱
応力を第1の保護樹脂(6)によって有効に緩和するこ
とができる。即ち、第1の保護樹脂(6)は含有する粒
状シリカの平均粒径と混合比がそれぞれ12.5μm、
90重量%に規定されている。この結果、第1の保護樹
脂(6)の線膨張係数を半田バンプ(11)の熱応力緩
和に最適な線膨張係数(5X 10−6/℃)に設定で
きる。また、熱処理前では第1の保護樹脂(6)は流動
性に優れているから、フリップチップ(4)と回路基板
(3)の間に第1の保護樹脂(6)を短時間でかつ十分
に充填することが可能である。 [0009]第3図に示すように、粒状シリカの混合比
が小さくなると、第1の保護樹脂(6)の線膨張係数が
増大し、これが回路基板(3)の線膨張係数(6,8X
10−6/’C)を越えると応力緩和用の充填材として
望ましくない。また、粒状シリカの混合比が大きくなる
と線膨張係数が低下し、これがフリップチップ(4)の
線膨張係数(3,Ox 10−6/’C)を下回るとや
はり応力緩和用の充填材としては望ましくない。また、
粒状シリカの混合比が同じであっても、その粒径が増大
すると線膨張係数が増大するし、皮膜弾性率が低下し、
望ましくない。第3図では、比較のためにその平均粒径
が第2の保護樹脂(7)と同じ31.5μmとしたとき
の線膨張係数を示す。図示のように、粒状シリカの混合
比が90重電電であっても、平均粒径が31.5μmと
なると、線膨張係数が回路基板(3)のそれよりも大き
くなり、応力緩和用の充填材として良好に機能しなくな
る。また、皮膜弾性率が低下し、回路基板(3)のソリ
等に起因する機械的応力の緩和作用も低下すると考えら
れる。粒状シリカの平均粒径が小さいと、線膨張係数は
小さく皮膜弾性率は大きいが、熱処理前の第1の保護樹
脂(6)にチキソ性(thixotropy)が生じて
見掛は上の粘性が増加する。このため、第1の保護樹脂
(6)をフリップチップ(4)と回路基板(3)との間
に良好に流し込むことが困難となる。以上のように、本
実施例では、応力緩和用の充填材として望ましい線膨張
係数及び皮膜弾性率が得られ且つ形成時の流動性も良好
となるように第1の保護樹脂(6)の粒状シリカの混合
比及び平均粒径が規定されている。
【0010】
【変形例】本発明の上記の実施例は下記のように種々の
変更が可能である。 (1) 熱処理前における第1及び第2の保護樹脂(
6)(7)の揮発性溶剤の混合比は同じでもよいが、回
路基板(3)の全面を被覆する樹脂として、又第1の保
護樹脂(6)を被覆する樹脂としては気泡の分布が少な
い(気孔率が小さい)方が望ましい。したがって、第2
の保護樹脂(7)の揮発性溶剤の含有率は第1の保護樹
脂(6)のそれよりも3重量%以上小さくするのが良い
。 (2) 熱処理前における第1の保護樹脂(6)の揮
発性溶剤の混合比は、第1の保護樹脂(6)をフリップ
チップ(4)と回路基板(3)との間に流し込み易いよ
うに、揮発性溶剤を全重量に対して25重量%以上、望
ましくは30重量%以上とするのが良い。ただし、フリ
ップチップ(4)と第1の保護樹脂(6)との間に隙間
が生じないように又気泡の分布が保護樹脂として許容で
きる範囲に収まるように40重量%以下、望ましくは3
5重量%以下とするのが良い。 (3) 第2の保護樹脂(7)の粒状シリカの混合比
は第1の保護樹脂(6)のそれと同じにしても良いが、
第1の保護樹脂(6)−第2の保護樹脂(7)−樹脂封
止体(9)の系においてその線膨張係数が段階的に増加
する構造とする方が、熱応力の緩和、特にリード細線(
12)の第2の保護樹脂(7)と樹脂封止体(9)との
界面における破断防止上望ましい。したがって、第2の
保護樹脂(7)の粒状シリカの混合比は第1の保護樹脂
(6)のそれよりも2重量%以上、望ましくは5重量%
以上小さくするのが望ましい。なお、混合比を同じとす
る場合には含有されるシリカの粒径を第1の保護樹脂(
6)のそれよりも平均で5μm以上、望ましくは10μ
m以上大きくして、これによって線膨張係数を増大させ
てもよい。 (4) 第1の保護樹脂(6)のシリカの混合比は、
上記のように線膨張係数を考慮すると85.5〜96.
5重量%とするのが良い。なお、この範囲においてシリ
カの混合比が小さいと線膨張係数が増加し、シリカの混
合比が大きいと皮膜弾性率が低下するので、更に望まし
い範囲を規定すれば87.5〜92.5重量%となる。 (5) 第1の保護樹脂(6)のシリカの平均粒径は
、線膨張係数と皮膜弾性率とチキソ性の3点を鑑みて5
μm〜25μm望ましくは7μm〜20μmとするのが
良い。 (6) ファインポリマレジンとしてポリアミド系の
樹脂を使用しても良い。 (7) 第1の保護樹脂(6)が回路基板(3)の全
面を被覆するようにしても良い。 (8) 突起状電極(11)を配線導体(10)にの
み設けても良いし、フリップチップ(4)と配線導体(
4)の両方に設けてもよい。 (9) 突起状電極(11)と配線導体(10)又は
フリップチップ(4)の電極との接続が第1の保護樹脂
(6)によって固定されることによって行われる構造と
しても良い。 [0011]
変更が可能である。 (1) 熱処理前における第1及び第2の保護樹脂(
6)(7)の揮発性溶剤の混合比は同じでもよいが、回
路基板(3)の全面を被覆する樹脂として、又第1の保
護樹脂(6)を被覆する樹脂としては気泡の分布が少な
い(気孔率が小さい)方が望ましい。したがって、第2
の保護樹脂(7)の揮発性溶剤の含有率は第1の保護樹
脂(6)のそれよりも3重量%以上小さくするのが良い
。 (2) 熱処理前における第1の保護樹脂(6)の揮
発性溶剤の混合比は、第1の保護樹脂(6)をフリップ
チップ(4)と回路基板(3)との間に流し込み易いよ
うに、揮発性溶剤を全重量に対して25重量%以上、望
ましくは30重量%以上とするのが良い。ただし、フリ
ップチップ(4)と第1の保護樹脂(6)との間に隙間
が生じないように又気泡の分布が保護樹脂として許容で
きる範囲に収まるように40重量%以下、望ましくは3
5重量%以下とするのが良い。 (3) 第2の保護樹脂(7)の粒状シリカの混合比
は第1の保護樹脂(6)のそれと同じにしても良いが、
第1の保護樹脂(6)−第2の保護樹脂(7)−樹脂封
止体(9)の系においてその線膨張係数が段階的に増加
する構造とする方が、熱応力の緩和、特にリード細線(
12)の第2の保護樹脂(7)と樹脂封止体(9)との
界面における破断防止上望ましい。したがって、第2の
保護樹脂(7)の粒状シリカの混合比は第1の保護樹脂
(6)のそれよりも2重量%以上、望ましくは5重量%
以上小さくするのが望ましい。なお、混合比を同じとす
る場合には含有されるシリカの粒径を第1の保護樹脂(
6)のそれよりも平均で5μm以上、望ましくは10μ
m以上大きくして、これによって線膨張係数を増大させ
てもよい。 (4) 第1の保護樹脂(6)のシリカの混合比は、
上記のように線膨張係数を考慮すると85.5〜96.
5重量%とするのが良い。なお、この範囲においてシリ
カの混合比が小さいと線膨張係数が増加し、シリカの混
合比が大きいと皮膜弾性率が低下するので、更に望まし
い範囲を規定すれば87.5〜92.5重量%となる。 (5) 第1の保護樹脂(6)のシリカの平均粒径は
、線膨張係数と皮膜弾性率とチキソ性の3点を鑑みて5
μm〜25μm望ましくは7μm〜20μmとするのが
良い。 (6) ファインポリマレジンとしてポリアミド系の
樹脂を使用しても良い。 (7) 第1の保護樹脂(6)が回路基板(3)の全
面を被覆するようにしても良い。 (8) 突起状電極(11)を配線導体(10)にの
み設けても良いし、フリップチップ(4)と配線導体(
4)の両方に設けてもよい。 (9) 突起状電極(11)と配線導体(10)又は
フリップチップ(4)の電極との接続が第1の保護樹脂
(6)によって固定されることによって行われる構造と
しても良い。 [0011]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、信頼性
の高い回路基板装置を容易に提供することができる。
の高い回路基板装置を容易に提供することができる。
【図1】本発明の一実施例を示す電力用ハイブリッドI
Cの断面図
Cの断面図
【図2】図1の要部を示す拡大断面図
【図3】シリカフィラーの含有率と皮膜弾性率及び線膨
張係数との関係を示すグラフ
張係数との関係を示すグラフ
(3) 、 、回路基板、 (4) 、 、フリップチ
ップ(半導体素子)、 (6) 、 、第1の保護樹脂
、 (7) 、 、第2の保護樹脂、 (8) 、 、
第3の保護樹脂、 (9) 、 、樹脂封止体、 (1
0) 、 、配線導体、 (11) 、 、半田バンプ
(突起状電極)
ップ(半導体素子)、 (6) 、 、第1の保護樹脂
、 (7) 、 、第2の保護樹脂、 (8) 、 、
第3の保護樹脂、 (9) 、 、樹脂封止体、 (1
0) 、 、配線導体、 (11) 、 、半田バンプ
(突起状電極)
【図1】
【図2】
【図3】
Claims (8)
- 【請求項1】半導体素子と、一方の主面に配線導体が形
成された回路基板とを有し、前記半導体素子の一方の主
面と前記回路基板の一方の主面とが離間して対向するよ
うに配置され、前記半導体素子が前記配線導体に突起状
電極を介して電気的に接続されている回路基板装置にお
いて、前記回路基板の一方の主面と前記半導体素子の一
方の主面とが対向する領域に粒状シリカとポリイミド系
又はポリアミド系の樹脂を含有する保護樹脂が充填され
ており、前記保護樹脂の線膨張係数は前記回路基板の線
膨張係数より小さく前記半導体素子の線膨張係数よりも
大きいことを特徴とする回路基板装置。 - 【請求項2】前記粒状シリカの平均粒径は5μm〜25
μmである「請求項1」に記載の回路基板装置。 - 【請求項3】前記保護樹脂は、85.5重量%〜96.
5重量%の前記粒状シリカを特徴する請求項1」又は「
請求項2」に記載の回路基板装置。 - 【請求項4】半導体素子と、一方の主面に配線導体が形
成された回路基板とを有し、前記半導体素子の一方の主
面と前記回路基板の一方の主面とが離間して対向するよ
うに配置され、前記半導体素子が前記配線導体に突起状
電極を介して電気的に接続されている回路基板装置にお
いて、前記回路基板の一方の主面と前記半導体素子の一
方の主面とが対向する領域に粒状シリカとポリイミド系
又はポリアミド系の樹脂を含有する第1の保護樹脂が充
填されており、前記半導体素子及び前記第1の保護樹脂
は第2の保護樹脂で被覆されており、更に前記第2の保
護樹脂は樹脂封止体で被覆されており、前記第1の保護
樹脂の線膨張係数は前記回路基板の線膨張係数より小さ
く前記半導体素子の線膨張係数よりも大きく、前記第2
の保護樹脂の線膨張係数は前記第1の保護樹脂の線膨張
係数よりも大きく、前記樹脂封止体の線膨張係数よりも
小さいことを特徴とする回路基板装置。 - 【請求項5】前記第2の保護樹脂は粒状シリカとポリイ
ミド系又はポリアミド系の樹脂を特徴する請求項4」に
記載の回路基板装置。 - 【請求項6】前記第1の保護樹脂と前記第2の保護樹脂
は多孔質であり、前記第2の保護樹脂の気孔率は前記第
1の保護樹脂の気孔率よりも小さい「請求項4」又は「
請求項5」に記載の回路基板装置。 - 【請求項7】前記第1の保護樹脂に含有されている粒状
シリカの平均粒径は5μm〜25μmで、前記第2の保
護樹脂に含有されている粒状シリカの平均粒径は前記第
1の保護樹脂に含有されている粒状シリカの平均粒径よ
りも5μm以上大きい「請求項5」又は「請求項6」に
記載の回路基板装置。 - 【請求項8】前記第1の保護樹脂は前記粒径のシリカを
85.5重量%〜96.5重量%含有しており、前記第
2の保護樹脂は第1の保護樹脂よりも2重量%以上少な
い粒状シリカを含有している「請求項5」〜「請求項7
」のいずれかに記載の回路基板装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3037742A JP2869964B2 (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | 回路基板装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3037742A JP2869964B2 (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | 回路基板装置 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01338246 Division | 1989-12-28 | 1989-12-28 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP2869964B2 JP2869964B2 (ja) | 1999-03-10 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3037742A Expired - Fee Related JP2869964B2 (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | 回路基板装置 |
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|---|---|
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0878611A (ja) * | 1994-08-31 | 1996-03-22 | Nec Corp | 半導体装置 |
| EP1043771A3 (en) * | 1999-04-06 | 2002-08-14 | Hitachi, Ltd. | Resin sealed electronic device and method of fabricating the same and ignition coil for internal combustion engine using the same |
| JP2011171436A (ja) * | 2010-02-17 | 2011-09-01 | Tdk Corp | 電子部品内蔵モジュール及び電子部品内蔵モジュールの製造方法 |
| JP2012160707A (ja) * | 2011-01-28 | 2012-08-23 | Samsung Electronics Co Ltd | 積層半導体チップ、半導体装置およびこれらの製造方法 |
| JP2012160572A (ja) * | 2011-01-31 | 2012-08-23 | Tdk Corp | 電子回路モジュール部品及び電子回路モジュール部品の製造方法 |
| CN103383927A (zh) * | 2012-05-03 | 2013-11-06 | 三星电子株式会社 | 半导体封装及其形成方法 |
| JP2014187355A (ja) * | 2013-03-22 | 2014-10-02 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc | 異方性熱案内被覆を有する熱エネルギ案内装置及びその製造方法 |
| CN113113399A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-07-13 | 广东汇芯半导体有限公司 | Mips和mips的制造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009081279A (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Sanyo Electric Co Ltd | 混成集積回路装置 |
-
1991
- 1991-02-08 JP JP3037742A patent/JP2869964B2/ja not_active Expired - Fee Related
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