ピエゾ抵抗テストチップと有限要素法解析を用いた 樹脂封止に起因する半導体チップ表面の残留応力評価
小金丸 正明*1 池田 徹*2 宮崎 則幸*2
Evaluation of Residual Stress in Semiconductor Chips during Resin-Molding Process Using Piezoresistive Test Chips and Finite Element Analysis Method
Masaaki Koganemaru, Toru Ikeda and Noriyuki Miyazaki
実装時に半導体チップ表面に生じる残留応力は，半導体デバイスに不具合を引き起こす。本研究では，実験と有 限要素法解析を組み合わせることで，樹脂封止時に半導体チップ表面に生じる残留応力を簡易的に評価する方法を 構築した。実験で求まる応力フリー温度を用いることにより，実用上十分な精度で解析結果を得ることができた。
1 はじめに
電子パッケージに用いられる樹脂封止材料は粘弾性 特性を示す。樹脂の粘弾性解析は，解析に用いる材料 定数の同定に手間がかかり，樹脂のガラス転移点付近 でのモデル化が複雑で，製造現場で用いる手法として は実用的でない。本研究では，線形解析に実験を組み 合わせることで，解析にかかるコストが低く，かつ実 用上十分な精度を有する評価手法の構築を目的とした。
2 研究方法
2-1 ピエゾ抵抗テストチップを用いた残留応力測定実験 本研究では，市販（日立ULSI社製）のピエゾ抵抗テ ストチップを用いて，QFP実装時の残留応力を測定し た。また，残留応力の温度依存性も計測し，残留応力 がゼロと見なせる応力フリー温度を定義した。本研究 の手法では，この残留応力の温度依存性から，線形解 析の妥当性を検証することができる。
2-2 有限要素法による線形熱弾性解析
前節で定義した応力フリー温度を応力 0 の基準温度 として線形熱弾性解析を実施し，室温での半導体チッ プ表面の残留応力を評価した。その際，解析に用いる 樹脂の線膨張係数は TMA で計測した。その結果，樹脂 の線膨張係数は応力フリー温度以下で一定と見なせた。
3 結果と考察
図1に，半導体チップ表面（4分の1領域）での残留 応力評価結果を示す。図中の矩形枠がピエゾ抵抗ゲー
ジの相対的な位置を表している。図1に示すとおり，
ピエゾ抵抗ゲージを用いた実験結果と本研究の手法を 用いた解析結果は，実用上十分な精度で一致した。こ れにより本手法の妥当性が示された。
4 まとめ
本研究の手法により，樹脂の粘弾性挙動を考慮しな くても，樹脂封止時の半導体チップ上の残留応力を簡 易的に評価することができる。
5 掲載論文
エレクトロニクス実装学会誌，Vol.9, No.3, pp.186- 194(2006)
Chip center E: - 77 MPa F: - 67 MPa
E: - 69 MPa F: - 66 MPa E: Experimental result
F: FEA result
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Chip center E: - 77 MPa F: - 67 MPa
E: - 69 MPa F: - 66 MPa E: Experimental result
F: FEA result
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図１ 半導体チップ表面の残留応力評価結果
*1 機械電子研究所
*2 京都大学
