JP3082681B2 - 評価用半導体装置及びその試験方法 - Google Patents
評価用半導体装置及びその試験方法Info
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- JP3082681B2 JP3082681B2 JP08250080A JP25008096A JP3082681B2 JP 3082681 B2 JP3082681 B2 JP 3082681B2 JP 08250080 A JP08250080 A JP 08250080A JP 25008096 A JP25008096 A JP 25008096A JP 3082681 B2 JP3082681 B2 JP 3082681B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、評価用半導体装置
及びその試験方法に関する。
及びその試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体チップは、封止樹脂に被覆され気
密封止されており、この構造の半導体チップにおいて
は、配線の微細化，チップサイズの増大，気密封止樹脂
の種類等に伴い、半導体チップのコーナー部に温度差に
よるストレスが加わり、半導体チップのコーナー部に位
置する配線がスライドして破壊される事故が多く発生す
る可能性が生じている。そのため、半導体チップのコー
ナー部における配線のスライド破壊を評価する必要があ
る。
密封止されており、この構造の半導体チップにおいて
は、配線の微細化，チップサイズの増大，気密封止樹脂
の種類等に伴い、半導体チップのコーナー部に温度差に
よるストレスが加わり、半導体チップのコーナー部に位
置する配線がスライドして破壊される事故が多く発生す
る可能性が生じている。そのため、半導体チップのコー
ナー部における配線のスライド破壊を評価する必要があ
る。
【０００３】従来、半導体チップのコーナー部における
耐熱ストレス評価方法が、特開平２−１７９４８６号及
び特開平７−２３５５７８号公報に開示されている。
耐熱ストレス評価方法が、特開平２−１７９４８６号及
び特開平７−２３５５７８号公報に開示されている。
【０００４】特開平２−１７９４８６号公報に開示され
た耐熱ストレス評価方法は図７に示すように、評価用半
導体チップとして、チップ２２の２辺に各々平行で、か
つ、チップの対角線上で直角に屈曲するＬ字形の金属配
線２０を、チップ２２のコーナー部２２ａから中心部に
向かって一定間隔Ｐで繰り返し配線したチップを用い、
かつ、そのチップの配線巾及び隣接する配線相互間の間
隙Ｐ，チップサイズを種々変更させ、気密封止樹脂の熱
応力（せん断応力）の変化に伴う、金属配線２０の下層
に設けた層間絶縁膜のクラック，金属配線２０のスライ
ドに対する各種要因を評価していた。
た耐熱ストレス評価方法は図７に示すように、評価用半
導体チップとして、チップ２２の２辺に各々平行で、か
つ、チップの対角線上で直角に屈曲するＬ字形の金属配
線２０を、チップ２２のコーナー部２２ａから中心部に
向かって一定間隔Ｐで繰り返し配線したチップを用い、
かつ、そのチップの配線巾及び隣接する配線相互間の間
隙Ｐ，チップサイズを種々変更させ、気密封止樹脂の熱
応力（せん断応力）の変化に伴う、金属配線２０の下層
に設けた層間絶縁膜のクラック，金属配線２０のスライ
ドに対する各種要因を評価していた。
【０００５】また特開平７−２３５５７８号公報に開示
された耐熱ストレス評価方法は図８に示すように、配線
２０，２１を半導体チップ２２のコーナー部２２ａに層
間絶縁膜を介して上下に多層に形成し、気密封止樹脂の
応力により配線２０，２１が層間絶縁膜のクラックを通
して短絡することを電気的に検出して評価を行ってい
た。
された耐熱ストレス評価方法は図８に示すように、配線
２０，２１を半導体チップ２２のコーナー部２２ａに層
間絶縁膜を介して上下に多層に形成し、気密封止樹脂の
応力により配線２０，２１が層間絶縁膜のクラックを通
して短絡することを電気的に検出して評価を行ってい
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７及
び図８に示す耐熱ストレス評価方法は、何れもが気密封
止樹脂の材料，樹脂厚，拡散プロセス，チップサイズ，
周囲温度状況が変更される毎に金属配線のスライドによ
る挙動が予測できないため、評価をやり直さなければな
らないという問題があった。
び図８に示す耐熱ストレス評価方法は、何れもが気密封
止樹脂の材料，樹脂厚，拡散プロセス，チップサイズ，
周囲温度状況が変更される毎に金属配線のスライドによ
る挙動が予測できないため、評価をやり直さなければな
らないという問題があった。
【０００７】その理由は、金属配線のスライドに対する
寿命を主に支配すると考えられる半導体チップの疲労特
性を定量的に評価していないためであると考えられる。
寿命を主に支配すると考えられる半導体チップの疲労特
性を定量的に評価していないためであると考えられる。
【０００８】本発明の目的は、拡散プロセス，樹脂材料
等の変更に伴う耐熱ストレス評価の繰り返しを不要と
し、実使用における金属配線のスライド寿命を定量的に
予測するようにした評価用半導体装置及びその試験方法
を提供することにある。
等の変更に伴う耐熱ストレス評価の繰り返しを不要と
し、実使用における金属配線のスライド寿命を定量的に
予測するようにした評価用半導体装置及びその試験方法
を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る評価用半導体装置は、封止樹脂体と、
指標試験片と、評価用金属配線とを有する評価用半導体
装置であって、封止樹脂体は、半導体チップを被覆し、
熱により応力変形するものであり、指標試験片は、既知
の疲労特性を有し、半導体チップの中心からの距離を異
ならせて前記封止樹脂体内に埋設され応力を受けるもの
であり、評価用金属配線は、前記半導体チップの層間絶
縁膜上に設けられ、半導体チップの中心からの距離を異
ならせて前記封止樹脂体内に埋設され応力を受けるもの
である。
め、本発明に係る評価用半導体装置は、封止樹脂体と、
指標試験片と、評価用金属配線とを有する評価用半導体
装置であって、封止樹脂体は、半導体チップを被覆し、
熱により応力変形するものであり、指標試験片は、既知
の疲労特性を有し、半導体チップの中心からの距離を異
ならせて前記封止樹脂体内に埋設され応力を受けるもの
であり、評価用金属配線は、前記半導体チップの層間絶
縁膜上に設けられ、半導体チップの中心からの距離を異
ならせて前記封止樹脂体内に埋設され応力を受けるもの
である。
【００１０】また、本発明に係る評価用半導体装置は、
封止樹脂体の対と、指標試験片と、評価用金属配線とを
有する評価用半導体装置であって、対をなす封止樹脂体
は、同一の樹脂素材から構成され熱により応力変形する
ものであり、指標試験片は、既知の疲労特性を有し、前
記一方の封止樹脂体に埋設された枠に支持され、かつ封
止樹脂体の中心からの距離を異ならせて該封止樹脂体内
に埋設され応力を受けるものであり、評価用金属配線
は、前記他方の封止樹脂体に埋設された半導体チップの
層間絶縁膜上に設けられ、半導体チップの中心からの距
離を異ならせて該封止樹脂体内に埋設され応力を受ける
ものである。
封止樹脂体の対と、指標試験片と、評価用金属配線とを
有する評価用半導体装置であって、対をなす封止樹脂体
は、同一の樹脂素材から構成され熱により応力変形する
ものであり、指標試験片は、既知の疲労特性を有し、前
記一方の封止樹脂体に埋設された枠に支持され、かつ封
止樹脂体の中心からの距離を異ならせて該封止樹脂体内
に埋設され応力を受けるものであり、評価用金属配線
は、前記他方の封止樹脂体に埋設された半導体チップの
層間絶縁膜上に設けられ、半導体チップの中心からの距
離を異ならせて該封止樹脂体内に埋設され応力を受ける
ものである。
【００１１】また本発明に係る評価用半導体装置の試験
方法は、熱処理と、データ検出処理と、応力演算処理
と、特性演算処理とを行い、評価用半導体装置の試験を
行う評価用半導体装置の試験方法であって、評価用半導
体装置は、半導体チップを封止する樹脂体内に、既知の
疲労特性を有する指標試験片，評価対象の金属配線が埋
設され、樹脂体の熱変形による応力が指標試験片，金属
配線に加わる構造としたものであり、熱処理は、評価用
半導体装置に温度サイクル試験を行い、封止樹脂体を膨
張・収縮させる処理であり、データ検出処理は、前記温
度サイクル試験を行った結果、断線した指標試験片の半
導体チップ中心からの距離データ、及び膨張・収縮のサ
イクル数と、短絡した評価対象の金属配線の半導体チッ
プ中心からの距離データ、及び膨張・収縮のサイクル数
とをそれぞれ検出する処理であり、応力演算処理は、前
記データ検出処理にて得られた指標試験片のデータと、
該指標試験片のもつ既知の疲労特性とに基づき、封止樹
脂体に作用する応力分布曲線を割り出す処理であり、特
性演算処理は、前記応力分布曲線と、前記検出した短絡
した評価対象の金属配線の半導体チップ中心からの距離
データ、及び膨張・収縮のサイクル数とに基づき、評価
対象の金属配線がもつ疲労特性を割り出し、寿命推定式
として一般化する処理である。
方法は、熱処理と、データ検出処理と、応力演算処理
と、特性演算処理とを行い、評価用半導体装置の試験を
行う評価用半導体装置の試験方法であって、評価用半導
体装置は、半導体チップを封止する樹脂体内に、既知の
疲労特性を有する指標試験片，評価対象の金属配線が埋
設され、樹脂体の熱変形による応力が指標試験片，金属
配線に加わる構造としたものであり、熱処理は、評価用
半導体装置に温度サイクル試験を行い、封止樹脂体を膨
張・収縮させる処理であり、データ検出処理は、前記温
度サイクル試験を行った結果、断線した指標試験片の半
導体チップ中心からの距離データ、及び膨張・収縮のサ
イクル数と、短絡した評価対象の金属配線の半導体チッ
プ中心からの距離データ、及び膨張・収縮のサイクル数
とをそれぞれ検出する処理であり、応力演算処理は、前
記データ検出処理にて得られた指標試験片のデータと、
該指標試験片のもつ既知の疲労特性とに基づき、封止樹
脂体に作用する応力分布曲線を割り出す処理であり、特
性演算処理は、前記応力分布曲線と、前記検出した短絡
した評価対象の金属配線の半導体チップ中心からの距離
データ、及び膨張・収縮のサイクル数とに基づき、評価
対象の金属配線がもつ疲労特性を割り出し、寿命推定式
として一般化する処理である。
【００１２】また前記応力分布曲線は、下記の最大応力
推定式を用いて割り出すものである。 σ＝Ｇ・｛Ｚ・（α1−α2）・ΔＴ｝・Ｗ／ｔ ここに、σは樹脂せん断応力，Ｇは樹脂剛性率，Ｚは半
導体チップの中心から封止樹脂体のコーナー部までの距
離，α1は封止樹脂体の膨張係数，α2は評価対象の金属
配線が設けられた層間絶縁膜の膨張係数，ΔＴは環境温
度差，ｔは封止樹脂体の樹脂厚，Ｗは評価対象の金属配
線の幅を表わすものである。
推定式を用いて割り出すものである。 σ＝Ｇ・｛Ｚ・（α1−α2）・ΔＴ｝・Ｗ／ｔ ここに、σは樹脂せん断応力，Ｇは樹脂剛性率，Ｚは半
導体チップの中心から封止樹脂体のコーナー部までの距
離，α1は封止樹脂体の膨張係数，α2は評価対象の金属
配線が設けられた層間絶縁膜の膨張係数，ΔＴは環境温
度差，ｔは封止樹脂体の樹脂厚，Ｗは評価対象の金属配
線の幅を表わすものである。
【００１３】また前記寿命推定式は、下記のように表わ
されるものである。 ｌｎＮ＝Ａ−ｃ・ｌｎσ ここに、Ｎは膨張・収縮のサイクル数，Ａは前記応力分
布曲線より得られる切片，σは作用応力，ｃは前記応力
分布曲線の勾配を表わすものである。
されるものである。 ｌｎＮ＝Ａ−ｃ・ｌｎσ ここに、Ｎは膨張・収縮のサイクル数，Ａは前記応力分
布曲線より得られる切片，σは作用応力，ｃは前記応力
分布曲線の勾配を表わすものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
より説明する。
より説明する。
【００１５】（実施形態１）図１（ａ）は、本発明の実
施形態１に係る評価用半導体装置を示す横断面図、
（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線縦断面図である。
施形態１に係る評価用半導体装置を示す横断面図、
（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線縦断面図である。
【００１６】図に示すように本発明の実施形態１に係る
評価用半導体装置は、封止樹脂体２と、指標試験片５
と、評価用金属配線６とを有している。
評価用半導体装置は、封止樹脂体２と、指標試験片５
と、評価用金属配線６とを有している。
【００１７】封止樹脂体２は、半導体チップ９を被覆し
て気密封止する樹脂からなり、熱により応力変形するも
のである。
て気密封止する樹脂からなり、熱により応力変形するも
のである。
【００１８】指標試験片５は、既知の疲労特性を有し、
封止樹脂体２に埋設された枠３に支持され、半導体チッ
プ９の中心からの距離を異ならせて封止樹脂体２のコー
ナー部２ａ内に埋設され応力を受けるものであり、その
両端にはボンディングワイヤ４により検出端子１が設け
られている。検出端子１は、封止樹脂体２から外部に突
き出ている。
封止樹脂体２に埋設された枠３に支持され、半導体チッ
プ９の中心からの距離を異ならせて封止樹脂体２のコー
ナー部２ａ内に埋設され応力を受けるものであり、その
両端にはボンディングワイヤ４により検出端子１が設け
られている。検出端子１は、封止樹脂体２から外部に突
き出ている。
【００１９】評価用金属配線６は、半導体チップ９の層
間絶縁膜８上に設けられ、半導体チップ９の中心からの
距離を異ならせて封止樹脂体２のコーナー部２ａ内に埋
設され応力を受けるものであり、評価用金属配線６のボ
ンディングパッド７に検出端子１が設けられている。検
出端子１は、封止樹脂体２から外部に突き出ている。
間絶縁膜８上に設けられ、半導体チップ９の中心からの
距離を異ならせて封止樹脂体２のコーナー部２ａ内に埋
設され応力を受けるものであり、評価用金属配線６のボ
ンディングパッド７に検出端子１が設けられている。検
出端子１は、封止樹脂体２から外部に突き出ている。
【００２０】また本発明に係る評価用半導体装置の試験
方法は、熱処理と、データ検出処理と、応力演算処理
と、特性演算処理とを行い、評価用半導体装置の試験を
行うものである。
方法は、熱処理と、データ検出処理と、応力演算処理
と、特性演算処理とを行い、評価用半導体装置の試験を
行うものである。
【００２１】評価用半導体装置は上述したように、半導
体チップ９を封止する樹脂体２内に、既知の疲労特性を
有する指標試験片５，評価対象の金属配線６が埋設さ
れ、樹脂体２の熱変形による応力が指標試験片５，金属
配線６に加わる構造となっている。
体チップ９を封止する樹脂体２内に、既知の疲労特性を
有する指標試験片５，評価対象の金属配線６が埋設さ
れ、樹脂体２の熱変形による応力が指標試験片５，金属
配線６に加わる構造となっている。
【００２２】熱処理は、評価用半導体装置に温度サイク
ル試験を行い、封止樹脂体を膨張・収縮させる処理であ
り、データ検出処理は、前記温度サイクル試験を行った
結果、断線した指標試験片の半導体チップ中心からの距
離データ、及び膨張・収縮のサイクル数と、短絡した評
価対象の金属配線の半導体チップ中心からの距離デー
タ、及び膨張・収縮のサイクル数とをそれぞれ検出する
処理であり、応力演算処理は、前記データ検出処理にて
得られた指標試験片のデータと、該指標試験片のもつ既
知の疲労特性とに基づき、封止樹脂体に作用する応力分
布曲線を割り出す処理であり、特性演算処理は、前記応
力分布曲線と、前記検出した短絡した評価対象の金属配
線の半導体チップ中心からの距離データ、及び膨張・収
縮のサイクル数とに基づき、評価対象の金属配線がもつ
疲労特性を割り出し、寿命推定式として一般化する処理
である。
ル試験を行い、封止樹脂体を膨張・収縮させる処理であ
り、データ検出処理は、前記温度サイクル試験を行った
結果、断線した指標試験片の半導体チップ中心からの距
離データ、及び膨張・収縮のサイクル数と、短絡した評
価対象の金属配線の半導体チップ中心からの距離デー
タ、及び膨張・収縮のサイクル数とをそれぞれ検出する
処理であり、応力演算処理は、前記データ検出処理にて
得られた指標試験片のデータと、該指標試験片のもつ既
知の疲労特性とに基づき、封止樹脂体に作用する応力分
布曲線を割り出す処理であり、特性演算処理は、前記応
力分布曲線と、前記検出した短絡した評価対象の金属配
線の半導体チップ中心からの距離データ、及び膨張・収
縮のサイクル数とに基づき、評価対象の金属配線がもつ
疲労特性を割り出し、寿命推定式として一般化する処理
である。
【００２３】前記応力分布曲線は、下記の最大応力推定
式（１）を用いて割り出すものである。 σ＝Ｇ・｛Ｚ・（α1−α2）・ΔＴ｝・Ｗ／ｔ （１） ここに、σは樹脂せん断応力，Ｇは樹脂剛性率，Ｚは半
導体チップの中心から封止樹脂体のコーナー部までの距
離，α1は封止樹脂体の膨張係数，α2は評価対象の金属
配線が設けられた層間絶縁膜の膨張係数，ΔＴは環境温
度差，ｔは封止樹脂体の樹脂厚，Ｗは評価対象の金属配
線の幅を表わす。
式（１）を用いて割り出すものである。 σ＝Ｇ・｛Ｚ・（α1−α2）・ΔＴ｝・Ｗ／ｔ （１） ここに、σは樹脂せん断応力，Ｇは樹脂剛性率，Ｚは半
導体チップの中心から封止樹脂体のコーナー部までの距
離，α1は封止樹脂体の膨張係数，α2は評価対象の金属
配線が設けられた層間絶縁膜の膨張係数，ΔＴは環境温
度差，ｔは封止樹脂体の樹脂厚，Ｗは評価対象の金属配
線の幅を表わす。
【００２４】前記寿命推定式（２）は、下記のように表
わされるものである。 ｌｎＮ＝Ａ−ｃ・ｌｎσ （２） ここに、Ｎは膨張・収縮のサイクル数，Ａは前記疲労特
性より得られる切片，σは作用応力，ｃは前記疲労特性
の勾配を表わす。
わされるものである。 ｌｎＮ＝Ａ−ｃ・ｌｎσ （２） ここに、Ｎは膨張・収縮のサイクル数，Ａは前記疲労特
性より得られる切片，σは作用応力，ｃは前記疲労特性
の勾配を表わす。
【００２５】次に本発明の実施形態１に係る評価用半導
体装置の試験方法を具体例を用いて説明する。
体装置の試験方法を具体例を用いて説明する。
【００２６】まず図１に示す評価用半導体装置を電気的
モニター可能な温度サイクル槽に投入する。電気的モニ
ターは、指標試験片５の断線と、評価用金属配線（具体
的にはアルミ配線）６の短絡を検知するため、図３のタ
イミングチャートに従い実施する。
モニター可能な温度サイクル槽に投入する。電気的モニ
ターは、指標試験片５の断線と、評価用金属配線（具体
的にはアルミ配線）６の短絡を検知するため、図３のタ
イミングチャートに従い実施する。
【００２７】図３に示すようにステップ１において、図
１に示す評価用半導体装置を用い、図４のタイミングチ
ャートに従い、評価用半導体装置に温度サイクル試験を
行い、封止樹脂体２を膨張・収縮させる（熱処理）。
１に示す評価用半導体装置を用い、図４のタイミングチ
ャートに従い、評価用半導体装置に温度サイクル試験を
行い、封止樹脂体２を膨張・収縮させる（熱処理）。
【００２８】ステップＳ２，Ｓ３において、温度サイク
ル試験を行っている期間中に検出端子１，１により試験
片５の断線と、評価用アルミ配線６の短絡をモニタし、
前記温度サイクル試験を行った結果、断線した指標試験
片５の半導体チップ９の中心からの距離データ、及び膨
張・収縮のサイクル数と、短絡した評価対象の金属配線
６の半導体チップ９の中心からの距離データ、及び膨張
・収縮のサイクル数とをそれぞれ検出し（データ検出処
理）、図５の特性図を描く。図５は横軸は半導体チップ
９の中心から距離データ（ｌｎＺ）、縦軸は膨張・収縮
サイクル数（ｌｎＮ50）を示す。
ル試験を行っている期間中に検出端子１，１により試験
片５の断線と、評価用アルミ配線６の短絡をモニタし、
前記温度サイクル試験を行った結果、断線した指標試験
片５の半導体チップ９の中心からの距離データ、及び膨
張・収縮のサイクル数と、短絡した評価対象の金属配線
６の半導体チップ９の中心からの距離データ、及び膨張
・収縮のサイクル数とをそれぞれ検出し（データ検出処
理）、図５の特性図を描く。図５は横軸は半導体チップ
９の中心から距離データ（ｌｎＺ）、縦軸は膨張・収縮
サイクル数（ｌｎＮ50）を示す。
【００２９】次にステップＳ４において、最大応力推定
式（１）に図５に示す指標試験片５のデータを代入する
ことにより、図６に示す指標試験片５の疲労特性曲線Ｌ
２を得る。図６において、Ｌ１は指標試験片５の既知疲
労特性曲線である。ステップＳ４で求めた指標試験片５
の疲労特性曲線Ｌ２が指標試験片５の既知疲労特性曲線
Ｌ１と一致した場合、応力印加が正常に行なわれたこと
の根拠となる（ステップＳ５）。ステップＳ６におい
て、前記データ検出処理にて得られた図５の指標試験片
５のデータと、図６に示す指標試験片５のもつ既知の疲
労特性曲線Ｌ１のデータとに基づき、封止樹脂体２に作
用する応力分布曲線を割り出す（応力演算処理）。
式（１）に図５に示す指標試験片５のデータを代入する
ことにより、図６に示す指標試験片５の疲労特性曲線Ｌ
２を得る。図６において、Ｌ１は指標試験片５の既知疲
労特性曲線である。ステップＳ４で求めた指標試験片５
の疲労特性曲線Ｌ２が指標試験片５の既知疲労特性曲線
Ｌ１と一致した場合、応力印加が正常に行なわれたこと
の根拠となる（ステップＳ５）。ステップＳ６におい
て、前記データ検出処理にて得られた図５の指標試験片
５のデータと、図６に示す指標試験片５のもつ既知の疲
労特性曲線Ｌ１のデータとに基づき、封止樹脂体２に作
用する応力分布曲線を割り出す（応力演算処理）。
【００３０】前記応力分布曲線は、下記の最大応力推定
式（１）を用いて割り出す。 σ＝Ｇ・｛Ｚ・（α1−α2）・ΔＴ｝・Ｗ／ｔ （１）
式（１）を用いて割り出す。 σ＝Ｇ・｛Ｚ・（α1−α2）・ΔＴ｝・Ｗ／ｔ （１）
【００３１】
【００３２】
【００３３】次に、評価用アルミ配線（金属配線）６の
短絡サイクルと、位置の関係も前述データから図５のよ
うに得られているため、ステップＳ７において前記応力
分布曲線を組み合わせることにより、評価用アルミ配線
（金属配線６）の疲労特性曲線（図６のＬ３）を割り出
し、その傾き（−１／Ｃ）から寿命推定式（２）を得る
（特性演算処理）を得る。これは拡散プロセス固有のも
のと考えることができる。
短絡サイクルと、位置の関係も前述データから図５のよ
うに得られているため、ステップＳ７において前記応力
分布曲線を組み合わせることにより、評価用アルミ配線
（金属配線６）の疲労特性曲線（図６のＬ３）を割り出
し、その傾き（−１／Ｃ）から寿命推定式（２）を得る
（特性演算処理）を得る。これは拡散プロセス固有のも
のと考えることができる。
【００３４】次に、アルミ配線のスライドによる寿命を
推定する対象の樹脂封止半導体装置（ただし、樹脂厚，
拡散プロセスが同じであること。）の樹脂特性である線
膨張係数，剛性性，使用する半導体チップのサイズ、及
び実使用環境温度差から、最大応力推定式（１）をもっ
て、最大作用応力を得る。ステップＳ９において、この
最大作用応力と寿命推定式（２）とから実使用でのアル
ミスライド寿命を得る。したがって、実使用環境におけ
るアルミスライド寿命を評価をやり直すことなく推定す
ることができる。
推定する対象の樹脂封止半導体装置（ただし、樹脂厚，
拡散プロセスが同じであること。）の樹脂特性である線
膨張係数，剛性性，使用する半導体チップのサイズ、及
び実使用環境温度差から、最大応力推定式（１）をもっ
て、最大作用応力を得る。ステップＳ９において、この
最大作用応力と寿命推定式（２）とから実使用でのアル
ミスライド寿命を得る。したがって、実使用環境におけ
るアルミスライド寿命を評価をやり直すことなく推定す
ることができる。
【００３５】封止樹脂体の樹脂厚，拡散プロセスが異な
る場合は、再度本発明に係る試験法に従って評価を実施
する。封止樹脂体の樹脂厚がのみ異なる場合は、指標試
験片の疲労特性曲線のみをとりなおすことによって、最
大応力推定式（１）を補正して樹脂厚の変動の影響を補
正すればよい。
る場合は、再度本発明に係る試験法に従って評価を実施
する。封止樹脂体の樹脂厚がのみ異なる場合は、指標試
験片の疲労特性曲線のみをとりなおすことによって、最
大応力推定式（１）を補正して樹脂厚の変動の影響を補
正すればよい。
【００３６】（実施形態２）図２（ａ），（ｂ）は、本
発明の実施形態２に係る評価用半導体装置を示す横断面
図である。
発明の実施形態２に係る評価用半導体装置を示す横断面
図である。
【００３７】図２に示すように本発明の実施形態２に係
る評価用半導体装置は、封止樹脂体２，２の対と、指標
試験片５と、評価用金属配線６とを有している。
る評価用半導体装置は、封止樹脂体２，２の対と、指標
試験片５と、評価用金属配線６とを有している。
【００３８】対をなす封止樹脂体２ａ，２ｂは、同一の
樹脂素材から構成され熱により応力変形するものであ
る。この対をなす封止樹脂体２ａ，２ｂの樹脂素材は、
図２（ａ）に示す半導体チップ９を気密封止する樹脂と
して用いられる。
樹脂素材から構成され熱により応力変形するものであ
る。この対をなす封止樹脂体２ａ，２ｂの樹脂素材は、
図２（ａ）に示す半導体チップ９を気密封止する樹脂と
して用いられる。
【００３９】図２（ａ）に示すように，指標試験片５
は、既知の疲労特性を有し、一方の封止樹脂体２ａに埋
設された枠３に支持され、かつ封止樹脂体２ａの中心か
らの距離を異ならせて封止樹脂体２ａ内に埋設され応力
を受けるようになっている。この構造は、封止樹脂体２
ａ内の応力分布を得るために特化されたＴＥＧ−Ａ型と
なっている。
は、既知の疲労特性を有し、一方の封止樹脂体２ａに埋
設された枠３に支持され、かつ封止樹脂体２ａの中心か
らの距離を異ならせて封止樹脂体２ａ内に埋設され応力
を受けるようになっている。この構造は、封止樹脂体２
ａ内の応力分布を得るために特化されたＴＥＧ−Ａ型と
なっている。
【００４０】また図２（ｂ）に示すように評価用金属配
線６は、他方の封止樹脂体２ｂに埋設された半導体チッ
プ８の層間絶縁膜上に設けられ、半導体チップ９の中心
からの距離を異ならせて封止樹脂体２ｂ内に埋設され応
力を受けるようになっている。この構造は、評価用金属
配線６の疲労特性を得るために特化されたＴＥＧ−Ｂ型
となっている。
線６は、他方の封止樹脂体２ｂに埋設された半導体チッ
プ８の層間絶縁膜上に設けられ、半導体チップ９の中心
からの距離を異ならせて封止樹脂体２ｂ内に埋設され応
力を受けるようになっている。この構造は、評価用金属
配線６の疲労特性を得るために特化されたＴＥＧ−Ｂ型
となっている。
【００４１】図２（ａ），（ｂ）に示す、分離された評
価用半導体装置を用いて、前記寿命推定式（２）を得
て、金属配線のスライドに対する寿命を主に支配すると
考えられる半導体チップの疲労特性を定量的に評価する
点は、図１に示す実施形態１の評価用半導体装置を用い
て試験を行なう場合と同じであるが、本実施形態２で
は、封止樹脂体２内の応力分布特性のみを得たい場合に
図２（ｂ）に示す評価用半導体装置を用いればよく、図
２（ｂ）に示す半導体チップ９を被覆した封止樹脂体を
用いた評価用半導体装置を用いる必要がなく、実施形態
１に比べてコストを廉価にすることができるという利点
がある。
価用半導体装置を用いて、前記寿命推定式（２）を得
て、金属配線のスライドに対する寿命を主に支配すると
考えられる半導体チップの疲労特性を定量的に評価する
点は、図１に示す実施形態１の評価用半導体装置を用い
て試験を行なう場合と同じであるが、本実施形態２で
は、封止樹脂体２内の応力分布特性のみを得たい場合に
図２（ｂ）に示す評価用半導体装置を用いればよく、図
２（ｂ）に示す半導体チップ９を被覆した封止樹脂体を
用いた評価用半導体装置を用いる必要がなく、実施形態
１に比べてコストを廉価にすることができるという利点
がある。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、拡
散プロセスや樹脂素材の変更に伴う樹脂封止半導体装置
の耐熱ストレス評価の繰り返しを不要にし、実使用にお
けるアルミスライド寿命を定量的に推定できる。
散プロセスや樹脂素材の変更に伴う樹脂封止半導体装置
の耐熱ストレス評価の繰り返しを不要にし、実使用にお
けるアルミスライド寿命を定量的に推定できる。
【００４３】また、本発明によれば、本発明の評価用半
導体装置に対して行うモニター温度サイクル試験のデー
タから、半導体チップの疲労を推定する寿命推定式を得
ることができ、実使用における樹脂素材の変更，半導体
チップのサイズの異なる樹脂封止半導体装置に必要な金
属配線の寿命を再評価を実施することなく、定量的に推
定できる。
導体装置に対して行うモニター温度サイクル試験のデー
タから、半導体チップの疲労を推定する寿命推定式を得
ることができ、実使用における樹脂素材の変更，半導体
チップのサイズの異なる樹脂封止半導体装置に必要な金
属配線の寿命を再評価を実施することなく、定量的に推
定できる。
【図１】（ａ）は、本発明の実施形態１に係る評価用半
導体装置を示す横断面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’
線縦断面図である。
導体装置を示す横断面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’
線縦断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、本発明の実施形態２に係る
評価用半導体装置を示す横断面図である。
評価用半導体装置を示す横断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る評価用半導体装置の試
験方法を示すフローチャートである。
験方法を示すフローチャートである。
【図４】評価用半導体装置に対して行なう温度サイクル
試験を示すタイミングチャートである。
試験を示すタイミングチャートである。
【図５】評価用半導体装置に対して温度サイクル試験を
行った結果、断線した指標試験片の距離データ及び膨張
・収縮のサイクル数と、短絡した評価対象の金属配線の
距離データ及び膨張・収縮のサイクル数とを示す特性図
である。
行った結果、断線した指標試験片の距離データ及び膨張
・収縮のサイクル数と、短絡した評価対象の金属配線の
距離データ及び膨張・収縮のサイクル数とを示す特性図
である。
【図６】指標試験片のもつ既知の疲労特性曲線と、封止
樹脂体２内の疲労特性曲線と、評価用アルミ配線（金属
配線）の疲労特性曲線との関係を示す特性図である。
樹脂体２内の疲労特性曲線と、評価用アルミ配線（金属
配線）の疲労特性曲線との関係を示す特性図である。
【図７】従来例を示す平面図である。
【図８】従来例を示す平面図である。
１ 検出端子 ２ 封止樹脂体 ３ 枠（絶縁材） ４ ボンディングワイヤ ５ 指標試験片 ６ 評価用金属（アルミ）配線 ７ ボンディングパッド ８ 層間絶縁膜 ９ 半導体チップ
Claims (5)
- 【請求項１】 封止樹脂体と、指標試験片と、評価用金
属配線とを有する評価用半導体装置であって、 封止樹脂体は、半導体チップを被覆し、熱により応力変
形するものであり、 指標試験片は、既知の疲労特性を有し、半導体チップの
中心からの距離を異ならせて前記封止樹脂体内に埋設さ
れ応力を受けるものであり、 評価用金属配線は、前記半導体チップの層間絶縁膜上に
設けられ、半導体チップの中心からの距離を異ならせて
前記封止樹脂体内に埋設され応力を受けるものであるこ
とを特徴とする評価用半導体装置。 - 【請求項２】 封止樹脂体の対と、指標試験片と、評価
用金属配線とを有する評価用半導体装置であって、 対をなす封止樹脂体は、同一の樹脂素材から構成され熱
により応力変形するものであり、 指標試験片は、既知の疲労特性を有し、前記一方の封止
樹脂体に埋設された枠に支持され、かつ封止樹脂体の中
心からの距離を異ならせて該封止樹脂体内に埋設され応
力を受けるものであり、 評価用金属配線は、前記他方の封止樹脂体に埋設された
半導体チップの層間絶縁膜上に設けられ、半導体チップ
の中心からの距離を異ならせて該封止樹脂体内に埋設さ
れ応力を受けるものであることを特徴とする評価用半導
体装置。 - 【請求項３】 熱処理と、データ検出処理と、応力演算
処理と、特性演算処理とを行い、評価用半導体装置の試
験を行う評価用半導体装置の試験方法であって、 評価用半導体装置は、半導体チップを封止する樹脂体内
に、既知の疲労特性を有する指標試験片，評価対象の金
属配線が埋設され、樹脂体の熱変形による応力が指標試
験片，金属配線に加わる構造としたものであり、 熱処理は、評価用半導体装置に温度サイクル試験を行
い、封止樹脂体を膨張・収縮させる処理であり、 データ検出処理は、前記温度サイクル試験を行った結
果、断線した指標試験片の半導体チップ中心からの距離
データ、及び膨張・収縮のサイクル数と、短絡した評価
対象の金属配線の半導体チップ中心からの距離データ、
及び膨張・収縮のサイクル数とをそれぞれ検出する処理
であり、 応力演算処理は、前記データ検出処理にて得られた指標
試験片のデータと、該指標試験片のもつ既知の疲労特性
とに基づき、封止樹脂体に作用する応力分布曲線を割り
出す処理であり、 特性演算処理は、前記応力分布曲線と、前記検出した短
絡した評価対象の金属配線の半導体チップ中心からの距
離データ、及び膨張・収縮のサイクル数とに基づき、評
価対象の金属配線がもつ疲労特性を割り出し、寿命推定
式として一般化する処理であることを特徴とする評価用
半導体装置の試験方法。 - 【請求項４】 前記応力分布曲線は、下記の最大応力推
定式を用いて割り出すものである、 σ＝Ｇ・｛Ｚ・（α1−α2）・ΔＴ｝・Ｗ／ｔ ここに、σは樹脂せん断応力，Ｇは樹脂剛性率，Ｚは半
導体チップの中心から封止樹脂体のコーナー部までの距
離，α1は封止樹脂体の膨張係数，α2は評価対象の金属
配線が設けられた層間絶縁膜の膨張係数，ΔＴは環境温
度差，ｔは封止樹脂体の樹脂厚，Ｗは評価対象の金属配
線の幅を表わす。ことを特徴とする請求項３に記載の評
価用半導体装置の試験方法。 - 【請求項５】 前記寿命推定式は、下記のように表わさ
れるものである、 ｌｎＮ＝Ａ−ｃ・ｌｎσ ここに、Ｎは膨張・収縮のサイクル数，Ａは前記応力分
布曲線より得られる切片，σは作用応力，ｃは前記応力
分布曲線の勾配を表わす。ことを特徴とする請求項３又
は４に記載の評価用半導体装置の試験方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08250080A JP3082681B2 (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | 評価用半導体装置及びその試験方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08250080A JP3082681B2 (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | 評価用半導体装置及びその試験方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1090349A JPH1090349A (ja) | 1998-04-10 |
| JP3082681B2 true JP3082681B2 (ja) | 2000-08-28 |
Family
ID=17202518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08250080A Expired - Fee Related JP3082681B2 (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | 評価用半導体装置及びその試験方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3082681B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5568586B2 (ja) * | 2012-03-27 | 2014-08-06 | 株式会社東芝 | 電子装置、故障判定方法、寿命推定方法 |
-
1996
- 1996-09-20 JP JP08250080A patent/JP3082681B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1090349A (ja) | 1998-04-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |