JP2001313312A

JP2001313312A - 半導体チップ接着剤

Info

Publication number: JP2001313312A
Application number: JP2000131319A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Okada; 亮一岡田; Takeshi Hozumi; 猛八月朔日; Toyomasa Takahashi; 高橋　　豊誠; Kensuke Nakamura; 謙介中村
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-11-09
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: JP4218181B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半田接合後の残存フラックスの洗浄除去が必
要なく、高温、多湿雰囲気でも電気絶縁性を保持し、接
合強度と信頼性の高い半田接合を可能にする、半導体チ
ップ接着剤を提供する。【解決手段】少なくとも１つ以上のフェノール性水酸
基を有し、且つ、フリーフェノールが５％以下である樹
脂（Ａ）と、その硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）とを
必須成分として配合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体搭載用基板
の導体端子と、半導体チップの半田バンプを接続するた
めの半田接合に関し、同時に半導体搭載用基板と半導体
チップを接着する際の半導体チップ接着剤に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器の高機能化並びに軽薄短
小化の要求に伴い、電子部品の高密度集積化、さらには
高密度実装化が進んできており、これらの電子機器に使
用される半導体パッケージは、従来にも増して益々小型
化かつ多ピン化が進んできている。

【０００３】半導体パッケージはその小型化に伴って、
従来のようなリードフレームを使用した形態のパッケー
ジでは、小型化に限界がきているため、最近では回路基
板上にチップを実装したものとして、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ
ＧｒｉｄＡｒｒａｙ）や、ＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｃ
ａｌｅＰａｃｋａｇｅ）といった、エリア実装型の新
しいパッケージ方式が提案されている。これらの半導体
パッケージにおいて、半導体チップの電極と、従来型半
導体パッケージのリードフレームの機能とを有する、半
導体搭載用基板と呼ばれるプラスチックやセラミックス
等各種絶縁材料と、導体配線で構成される基板の端子と
の電気的接続方法として、ワイヤーボンディング方式や
ＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｎｄｉｎ
ｇ）方式、さらにはＦＣ（ＦｌｉｐＣｈｉｐ）方式な
どが知られているが、最近では、半導体パッケージの小
型化に有利な、ＦＣ接続方式を用いたＢＧＡやＣＳＰの
構造が盛んに提案されている。

【０００４】ＢＧＡやＣＳＰのプリント配線板への実装
には、半田ボールで形成されたバンプによる、半田接合
が採用されている。この半田接合には、フラックスが用
いられ、ソルダーペーストが併用されることもある。特
に半田ボールが使用される理由は、半田供給量を制御し
易く、多量の半田を供給できるので、バンプが高くでき
るためである。また、ＢＧＡやＣＳＰの作製工程におけ
る、半導体チップの電極と半導体搭載用基板の端子との
電気的接続方法にも、半田接合が使われる場合が多い。

【０００５】一般に、半田接合のためには、半田表面と
対する電極の、金属表面の酸化物などの汚れを除去する
と共に、半田接合時の金属表面の再酸化を防止して、半
田の表面張力を低下させ、金属表面に溶融半田が濡れ易
くする、半田付け用フラックスが使用される。このフラ
ックスとしては、ロジンなどの熱可塑性樹脂系フラック
スに、酸化膜を除去する活性剤等を加えたフラックスが
用いられている。

【０００６】しかしながら、接合後にこのフラックスが
残存していると、高温、多湿時に熱可塑性樹脂が溶融
し、活性剤中の活性イオンも遊離するなど、電気絶縁性
の低下やプリント配線の腐食などの問題が生じる。その
ため現在は、半田接合後の残存フラックスを洗浄除去
し、上記のような問題を解決しているが、洗浄剤の環境
問題や、洗浄工程によるコストアップなどの欠点があ
る。

【０００７】また、半導体パッケージの小型化かつ多ピ
ン化は、バンプの微細化を促し、接合強度や信頼性の低
下が懸念されている。そこで、バンプ接続部分の信頼性
を得るため、チップと基板との間隙に、アンダーフィル
と呼ばれる絶縁樹脂を充填して、バンプ接続部分を封
止、補強する検討も盛んである。しかし、これには技術
的難易度の高いアンダーフィルを充填し、硬化させる工
程が必要となるため、製造工程が複雑で製造コストが高
くなる問題がある。

【０００８】また、半導体パッケージの小型化かつ多ピ
ン化は、バンプの微細化を促し、接合強度、信頼性の低
下が懸念されている。そこで、バンプ接続部分の信頼性
を得るため、チップと基板との間隙に、アンダーフィル
と呼ばれる絶縁樹脂を充填して、バンプ接続部分を封
止、補強する検討も盛んである。しかし、これには技術
的難易度の高いアンダーフィルを充填し、硬化させる工
程が必要となるため、製造工程が複雑で製造コストが高
くなる問題がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、半導体パッ
ケージの搭載時における、半田接合の現状のこのような
問題点に鑑み、半田接合後の残存フラックスの洗浄除去
が必要なく、高温、多湿雰囲気でも電気絶縁性を保持
し、接合強度と信頼性の高い半田接合を可能とする、半
導体チップ接着剤を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、少なく
とも１つ以上のフェノール性水酸基を有し、且つフリー
フェノールが５％以下である樹脂（Ａ）と、その硬化剤
として作用する樹脂（Ｂ）とを必須成分とし、半導体搭
載用基板または半導体チップの接着面上に塗布される半
田バンプ付き半導体チップの接着剤であって、半導体搭
載用基板の導体端子と、半導体チップの半田バンプとを
位置合せし、半導体チップ接着剤を介して密着、加圧、
加温して半田接合させた後、さらに加熱により硬化し
て、半導体搭載用基板と半導体チップを半田接続且つ接
着することを特徴とする半導体チップ接着剤である。

【００１１】本発明の半導体チップ接着剤は、好ましく
は、少なくとも１つ以上のフェノール性水酸基を有し、
且つフリーフェノールが５％以下の樹脂（Ａ）である、
フェノールノボラック樹脂、アルキルフェノールノボラ
ック樹脂、ビフェノールノボラック樹脂、ナフトールノ
ボラック樹脂、レゾルシノールノボラック樹脂、また
は、ポリビニルフェノール樹脂を必須成分とし、これに
より得られる半導体チップ接着剤の硬化時の重量減少が
３％以下であることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の半導体チップ接着剤は、
少なくとも１つ以上のフェノール性水酸基を有し、且つ
フリーフェノールが５％以下である樹脂（Ａ）と、その
硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）とを必須成分とするも
のであり、本発明に用いるフェノール性水酸基を有する
樹脂（Ａ）の、フェノール性水酸基は、その還元作用に
より、半田および金属表面の酸化物などの汚れを除去
し、半田接合のフラックスとして作用する。このフェノ
ール性水酸基としては、何ら制約するところはないが、
半田接合のフラックスとしての作用を高めるため、フェ
ノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）は、フェノール性水
酸基に対してのオルソ、パラ位に電子吸引基、メタ位に
電子供与基を有するものが好ましい。

【００１３】更に、その硬化剤として作用する樹脂
（Ｂ）により、良好な硬化物を得ることができるため、
半田接合後の洗浄除去が必要なく、高温、多湿雰囲気で
も電気絶縁性を保持し、接合強度、信頼性の高い半田接
合を可能とする。

【００１４】本発明に用いる、フェノール性水酸基を有
し且つフリーフェノールが５％以下である樹脂（Ａ）と
しては、フェノールノボラック樹脂、アルキルフェノー
ルノボラック樹脂、ビフェノールノボラック樹脂、ナフ
トールノボラック樹脂、レゾルシノールノボラック樹
脂、ポリビニルフェノール樹脂が好ましく、これらの
中、少なくとも１種が用いられ、更に好ましくは、重量
平均分子量２００００以下のものが良い。分子量が大き
すぎると、半田接合時における半導体チップ接着剤の流
動性が低下し、半田接合を阻害するため好ましくない。
但し、その他の配合剤の使用により、半田接合時におけ
る溶融粘度を、５０Ｐａ・ｓ以下に制御できれば何ら問
題はない。この目的のため、低溶融粘度の硬化剤として
作用する樹脂（Ｂ）や、揮発性分のない可塑剤を添加し
ても良い。

【００１５】半田接合接着剤は、半田接合時に、各層に
挟まれ密閉状態にあるため、分子量が極端に小さすぎる
と、低分子成分の揮発等で半田接合時に膨れが生じる場
合がある。特にフリーフェノールの量は、５％以下であ
ることが好ましい。フリーフェノールは、１８０℃付近
に沸点が存在するため、フェノール性水酸基を有する樹
脂（Ａ）中に５％を超えて存在すると、半田接合時の温
度での半田接合接着剤の凝集力が、フリーフェノールの
揮発に耐えられず、膨れが生じる。従って、半田接合接
着剤としては、前記フリーフェノールや、低分子気化成
分の揮発を含む硬化時の重量減少を３％以下に抑えるこ
とが重要となる。但し、半田接合成形時の圧力、昇温条
件で膨れを抑制することも可能である。

【００１６】フェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）の
配合量は、半導体チップ接着剤全体の２０〜８０重量％
が好ましい。２０重量％未満であると、半田および金属
表面の酸化物などの汚れを除去する作用が低下し、半田
接合できなくなってしまう。また、８０重量％より多い
と、十分な硬化物が得られず、接合強度と信頼性が低下
する。溶融粘度、酸化物除去性と硬化性のバランスが採
れた配合による、本発明の半導体チップ接着剤は、従来
のフラックスによる半田接合と比較して、接合強度、信
頼性を大幅に向上させることができる。

【００１７】本発明に用いるフェノール性水酸基を有す
る樹脂（Ａ）の、硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）とし
ては、エポキシ樹脂やイソシアネート樹脂などが用いら
れる。具体的にはいずれも、ビスフェノール系、フェノ
ールノボラック系、アルキルフェノールノボラック系、
ビフェノール系、ナフトール系やレソルシノール系など
のフェノールベースのものや、脂肪族、環状脂肪族や不
飽和脂肪族などの骨格をベースとして変性されたエポキ
シ化合物やイソシアネート化合物が挙げられる。また、
本発明の半導体チップ接着剤の硬化を促進するため、公
知の硬化触媒を用いても良い。

【００１８】硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）の量とし
ては、フェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）の水酸基
０．５〜２．０倍当量が好ましい。樹脂（Ｂ）が０．５
倍当量より少ないと、残存するフェノール性水酸基によ
って絶縁信頼性や電気特性が低下する場合がある。ま
た、２．０倍当量よりも多い場合、半田接合に十分なフ
ラックス作用を発現できなくなる場合がある。

【００１９】本発明の半導体チップ接着剤は、前記成分
をアルコール類、エーテル類、ケトン類などの有機溶媒
で溶解、混合し、半導体チップ接着剤のワニスとして、
用いることができる。前記半導体チップ接着剤のワニス
を半導体搭載用基板上の半田バンプ付き半導体チップ接
着面または前記半導体チップ上の接着面に、スクリーン
印刷やスピンコートなどの方法により塗布し乾燥させた
後、半導体搭載用基板の導体端子と半導体チップの半田
バンプとを位置合せし、半導体チップ接着剤を介して密
着、加圧、加温して半田接合させた後、さらに加熱によ
り硬化して、半導体搭載用基板と半導体チップを導体接
続且つ接着することできる。

【００２０】

【実施例】以下、実施例により更に具体的に説明する
が、本発明はこれによって何ら限定されるものではな
い。

【００２１】まず、少なくとも１つ以上のフェノール性
水酸基を有し、且つフリーフェノールが５％以下である
樹脂（Ａ）と、その硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）を
配合して、半導体チップ接着剤ワニスを調整し、その特
性評価のため、半田ボールシェア強度試験、温度サイク
ル試験、および絶縁抵抗試験を行った。実施例および比
較例の評価結果は、まとめて表１に示した。

【００２２】実施例１．ハイオルソ型フェノールノボラ
ック樹脂（住友デュレズ(株)製Ｒ−６５、ＯＨ基当量１
０５、フリーフェノール２％）を１００ｇと、ビスフェ
ノールＦ型エポキシ樹脂（日本化薬(株)製ＲＥ−４０４
Ｓ、エポキシ基当量１６５）１６０ｇを、シクロヘキサ
ノン６０ｇに溶解し、硬化触媒として２−フェニル−
４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール０．２ｇを添
加し、半導体チップ接着剤ワニスを作製した。

【００２３】実施例２．実施例１で用いたハイオルソ型
フェノールノボラック樹脂１００ｇに代えて、ランダム
型フェノールノボラック樹脂(住友デュレズ(株)製ＰＲ
−５１４７０、ＯＨ基当量１０５、フリーフェノール
０．５％)１００ｇを用いた以外は、実施例１と同様に
して、半導体チップ接着剤ワニスを作製した。

【００２４】実施例３．実施例１で用いたハイオルソ型
フェノールノボラック樹脂１００ｇに代えて、ポリビニ
ルフェノール樹脂（丸善石油化学(株)製マルカリンカ−
Ｍ、ＯＨ基当量１２０、フリーフェノール０．５％）１
００ｇを用いた以外は、実施例１と同様にして、半導体
チップ接着剤ワニスを作製した。

【００２５】比較例１．実施例１で用いたハイオルソ型
フェノールノボラック樹脂１００ｇに代えて、フェノー
ルノボラック樹脂（ＯＨ基当量１０５、フリーフェノー
ル；１２％）１００ｇを用いた以外は、実施例１と同様
にして、半導体チップ接着剤ワニスを作製した。

【００２６】１．半田ボールシェア強度試験厚さ１２５μｍの銅板（古川電気工業(株)製ＥＦＴＥＣ
６４Ｔ）を用いて、ランド径４００μｍ、ランドピッチ
１ｍｍを含む評価用回路を形成し、そのリードフレーム
をエポキシ樹脂半導体封止材（住友ベークライト(株)製
ＥＭＥ−７３７２）でモールド封止した後、片面から研
磨して、前記の評価用回路を露出させ、２０ｍｍ角の評
価用パッケージを作製した。研磨の仕上げには、ＪＩＳ
−Ｒ６２５２に規定された、耐水研磨紙１０００番を使
用した。これをイソプロピルアルコールで洗浄した後、
８０℃で３０分乾燥して、半田接合評価用パッケージと
した。比較のために、半田接合のためのランド以外をソ
ルダーレジストで被覆した評価用パッケージも準備し
た。

【００２７】前記評価用パッケージの評価用回路露出面
の全面に、実施例１〜３及び比較例１で得られた半導体
チップ接着剤ワニスを、それぞれ塗布し、８０℃で１０
分乾燥して、厚さ２０μｍの半導体チップ接着剤膜を形
成した。実施例１〜３と比較例１の半導体チップ接着
剤、および、比較例２として市販の半田フラックスＭＳ
Ｐ５１１（九州松下電器株式会社製）をそれぞれ塗布し
た、評価用パッケージ回路のランド上に、５００μｍ径
の半田ボール（Ｓｎ−Ｐｂ系共晶半田、千住金属鉱業
(株)製）６０個を搭載し、ピーク温度２４０℃に設定さ
れたリフロー炉を通して、半田ボールを評価用パッケー
ジに接合させた。その後実施例１〜３と比較例１につい
ては、１５０℃で６０分熱処理して、半導体チップ接着
剤を硬化させた。

【００２８】次に、得られた半田ボール付き評価用パッ
ケージの、半田ボールシェア強度（デイジ社製万能型ボ
ンドテスターＰＣ２４００Ｔによる）を測定した。それ
ぞれ６０個の平均値を求め、その結果をまとめて表１に
示した。

【００２９】２．温度サイクル試験半導体チップテストボード（ＦＢ５００−ＰＣＢ(株)テ
ンリュウテクニクス製）全面に、実施例１〜３と比較例
１の半導体チップ接着剤を塗布し、８０℃で３０分乾燥
して、厚さ１００μｍの半導体チップ接着剤膜を形成し
た。この半導体チップテストボードに、バンプ径１９０
μｍ、バンプ高さ１４０μｍの半導体チップテストダイ
（ＦＢＴ５００）を搭載して、ピーク温度２４０℃に設
定されたリフロー炉を通した後、実施例１〜３と比較例
１については、１５０℃で６０分熱処理して半導体チッ
プ接着剤を硬化させ、評価用半導体チップ実装テストボ
ードをそれぞれ１０個ずつ作製した。

【００３０】得られた評価用半導体チップ実装テストボ
ードの導通を確認後、−５０℃で１０分、１２５℃で１
０分を１サイクルとする温度サイクル（ＴＣ）試験を実
施した。ＴＣ試験１０００サイクル後の断線不良数の結
果をまとめて表１に示した。更に比較例としては、半導
体チップテストボードに前記市販のフラックスを塗布
し、半導体チップテストダイを搭載して、ピーク温度２
４０℃に設定されたリフロー炉を通したものを比較例
３、さらに、アンダーフィルを充填したものを比較例４
とした。比較例３、４については、半田接合後イソプロ
ピルアルコールで洗浄して使用した。

【００３１】３．絶縁抵抗試験半田メッキが施された導体間隔１５０μｍのくし形パタ
ーンを有する、絶縁信頼性試験用プリント配線板を使用
し、このプリント配線板に実施例１〜３と比較例１で得
られた半導体チップ接着剤ワニスを、それぞれ塗布し、
８０℃で１０分乾燥して厚さ２０μｍの半導体チップ接
着剤層を形成した。比較例１の他の比較例として、市販
のフラックスを塗布した試験用プリント配線板も準備し
た。ピーク温度２４０℃に設定されたリフロー炉を通し
た後、実施例１〜３と比較例１については、１５０℃で
６０分熱処理して半導体チップ接着剤を硬化させ、試験
用プリント配線板とした。

【００３２】このプリント配線板の絶縁抵抗を測定した
後、８５℃／８５％の雰囲気中で、直流電圧５０Ｖを印
加し、１０００時間経過後の絶縁抵抗を測定した。測定
時の印加電圧は１００Ｖで１分とし、絶縁抵抗をまとめ
て表１にした。市販のフラックスを用いた比較例として
は、フラックスを洗浄していないものを比較例５とし
た。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１に示した評価結果から分かるように、
本発明の半導体チップ接着剤を用いた場合、従来のフラ
ックスを用いた場合に比べて、半田ボールシェア強度で
は、２倍という高い値を示し、また、ＴＣ試験では、断
線不良の発生はほとんどなくなった。絶縁抵抗試験でも
ほとんど低下を示さず、本発明の半導体チップ接着剤の
効果が明白である。

【００３５】

【発明の効果】本発明の半導体チップ接着剤は、半田接
合後の残存フラックスの洗浄除去を必要とせず、高温、
多湿雰囲気でも電気絶縁性を保持し、また、接合強度と
信頼性の高い半田接合を可能にするので、半導体パッケ
ージのプリント配線板への搭載、層間の立体接続等の密
閉系における工程を簡素化して、製造コストを抑制し、
また、半田接合の信頼性向上に極めて有用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村謙介東京都品川区東品川２丁目５番８号住友ベークライト株式会社内Ｆターム(参考） 4J040 EB041 EB061 EC062 EC072 EC202 EC262 EF141 GA02 KA16 LA01 LA07 LA08 LA09 MB05 NA20 PA30 PA33 5F044 KK02 LL13 RR17 5F047 AA17 BA23 BA26 BA34 BA35 BB11 BB16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項1】少なくとも１つ以上のフェノール性水酸
基を有し、且つ、フリーフェノールが５％以下である樹
脂（Ａ）と、その硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）とを
必須成分とすることを特徴とする半導体チップ接着剤。
【請求項２】フェノール性水酸基を有し且つフリーフ
ェノールが５％以下である樹脂（Ａ）が、フェノールノ
ボラック樹脂、アルキルフェノールノボラック樹脂、ビ
フェノールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹
脂、レゾルシノールノボラック樹脂、及び、ポリビニル
フェノール樹脂からなる群より選ばれる、少なくとも１
種であることを特徴とする請求項１記載の半導体チップ
接着剤。
【請求項３】硬化時の重量減少が３％以下であること
を特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体チッ
プ接着剤。
【請求項４】半導体搭載用基板、または、半田バンプ
付き半導体チップ上に塗布される半導体チップ接着剤で
あって、半導体搭載用基板の導体端子と、半導体チップ
の半田バンプとを位置合せし、該半導体チップ接着剤を
介して密着、加圧、加温して半田接合させた後、さらに
加熱により硬化して、半導体搭載用基板と半導体チップ
を半田接続且つ接着することを特徴とする請求項１ない
し請求項３のいずれかに記載の半導体チップ接着剤。
【請求項５】請求項１ないし請求項３のいずれかに記
載の半導体チップ接着剤を半導体搭載用基板、または、
半田バンプ付き半導体チップ上の接着面に塗布して、該
半導体チップ接着剤を介し、半導体搭載用基板の導体端
子と、半導体チップの半田バンプとを位置合せし、加
圧、加温して半田接合させた後、さらに加熱により硬化
して、半導体搭載用基板と半導体チップを半田接続且つ
接着することを特徴とする半田接合接着方法。