JP2001246497A - 硬化性フラックス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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、
接合強度と信頼性の高い半田接合を可能にする、硬化性
フラックスを提供する。 【解決手段】 エポキシ樹脂（Ａ）と、イミダゾール環
を有し且つエポキシ樹脂（Ａ）の硬化剤として作用する
化合物（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、半導体パッケージ
をプリント配線板に搭載する際の半田接続に関し、さら
には、半導体チップを半導体搭載用基板にフリップチッ
プ半田接続により搭載する際の、硬化性フラックスに関
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
Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）や、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃ
ａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）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（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎ
ｇ）方式、さらにはＦＣ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ）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、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】

【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、半田接合のこのような現状の
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、信頼性の高い半田接合を可能とする、硬
化性フラックスを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、エポキシ
樹脂（Ａ）と、イミダゾール環を有し且つエポキシ樹脂
（Ａ）の硬化剤として作用する化合物（Ｂ）とを、必須
成分とすることを特徴とする硬化性フラックスであり、
さらには、この硬化性フラックスにより、樹脂補強され
たことを特徴とする半田接合部である。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は、イミダゾール環を有し
且つエポキシ樹脂（Ａ）の硬化剤として作用する、化合
物（Ｂ）の添加量が１ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下であ
り、これにより得られる硬化性フラックスの、半田接合
温度における溶融粘度が５０Ｐａ・ｓ以下であることを
特徴とする。

【００１１】本発明に用いる化合物（Ｂ）のイミダゾー
ル環は、三級アミンの不対電子に起因する還元作用によ
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。

【００１２】更に、イミダゾール環は、エポキシ樹脂
（Ａ）をアニオン重合する際の硬化剤としても作用する
ため、良好な硬化物を得ることができ、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。

【００１３】本発明における化合物（Ｂ）の添加量は、
１ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下である。添加量が１ｗｔ％
未満では還元力が弱く、また、エポキシ樹脂（Ａ）を充
分に硬化させることができない。また、添加量が２０ｗ
ｔ％より多い場合は、硬化反応が急激に進行し、半田接
合時における硬化性フラックスの流動性が低下し、半田
接合を阻害するため好ましくない。さらに、得られる硬
化物が脆く、十分な強度の半田接合部が得られない。よ
り好ましくは、化合物（Ｂ）の添加量は１ｗｔ％以上１
０ｗｔ％以下が良い。

【００１４】本発明による硬化性フラックスの、半田接
合温度における溶融粘度は、５０Ｐａ・ｓ以下であるこ
とが好ましい。半田接合温度における溶融粘度が５０Ｐ
ａ・ｓより大きい場合、半田ボールが硬化性フラックス
層を貫通できず、半田接合ができない。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
目的のために、溶剤を加えても良い。本発明の硬化性フ
ラックスは、半田接合部周辺をリング状に補強する形で
硬化するため、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。

【００１５】化合物（Ｂ）と組合わせて用いるエポキシ
樹脂（Ａ）としては、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
ェノールベースのエポキシ樹脂や、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
ポキシ化合物が挙げられる。

【００１６】一方、本発明で用いる化合物（Ｂ）として
は、イミダゾール、２−メチルイミダゾール、２−エチ
ル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾー
ル、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール、２−ウン
デシルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダ
ゾール、ビス（２−エチル−４−メチル−イミダゾー
ル）、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチ
ルイミダゾール、２−フェニル−４、５−ジヒドロキシ
メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−エチル−
４−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−メチ
ルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミ
ダゾール、あるいはトリアジン付加型イミダゾール等が
挙げられる。また、これらをエポキシアダクト化したも
のや、マイクロカプセル化したものも使用できる。これ
らは単独で使用しても２種類以上を併用しても良い。

【００１７】

【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。まず、エポキシ樹脂（Ａ）と、その硬化剤として作
用する化合物（Ｂ）とを配合して、硬化性フラックスワ
ニスを調製し、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。

【００１８】（実施例１）ビスフェノールＦ型エポキシ
樹脂（ＲＥ−４０４Ｓ、日本化薬(株)製、ＥＰ当量１６
５）３０ｇと、クレゾールノボラックエポキシ樹脂（Ｅ
ＯＣＮ−１０２０−６５、日本化薬(株)製、ＥＰ当量２
００）７０ｇを、シクロヘキサノン６０ｇに溶解し、硬
化剤として２−フェニル−４,５−ジヒドロキシメチル
イミダゾール（２ＰＨＺ−ＰＷ、四国化成工業（株）
製、融点２１３℃〜２２５℃）１.５ｇ添加し、硬化性
フラックスワニスを作製した。

【００１９】（実施例２）２−フェニル−４,５−ジヒ
ドロキシメチルイミダゾール１.５ｇに代えて、２−フ
ェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾー
ル（２Ｐ４ＭＨＺ−ＰＷ、四国化成工業（株）製、融点
１９２℃〜１９７℃）３ｇを用いた以外は、実施例１と
同様にして、硬化性フラックスワニスを作製した。

【００２０】（実施例３）２−フェニル−４,５−ジヒ
ドロキシメチルイミダゾール１.５ｇに代えて、２−フ
ェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾー
ル（２Ｐ４ＭＨＺ−ＰＷ、四国化成工業（株）製、融点
１９２℃〜１９７℃）１０ｇを用いた以外は、実施例１
と同様にして、硬化性フラックスワニスを作製した。

【００２１】（比較例１）２−フェニル−４,５−ジヒ
ドロキシメチルイミダゾール１.５ｇに代えて、２−フ
ェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾー
ル（２Ｐ４ＭＨＺ−ＰＷ、四国化成工業（株）製、融点
１９２℃〜１９７℃）０.１ｇを用いた以外は、実施例
１と同様にして、硬化性フラックスワニスを作製した。

【００２２】（比較例２）２−フェニル−４,５−ジヒ
ドロキシメチルイミダゾール１.５ｇに代えて、２−フ
ェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾー
ル（２Ｐ４ＭＨＺ−ＰＷ、四国化成工業（株）製、融点
１９２℃〜１９７℃）３０ｇを用いた以外は、実施例１
と同様にして、硬化性フラックスワニスを作製した。

【００２３】（比較例３〜４）市販のフラックスを使用
し、半田接合後、イソプロピルアルコールで洗浄したも
のを比較例３、洗浄していないものを比較例４とした。

【００２４】１．半田ボールシェア強度試験 厚さ１２５μｍの銅板（ＥＦＴＥＣ６４Ｔ、古川電気工
業(株)製）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
ムを半導体封止材（ＥＭＥ−７３７２、住友ベークライ
ト(株)製）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−Ｒ６２
５２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。

【００２５】得られた評価用パッケージの評価用回路露
出面に、実施例１〜３，比較例１〜２で得られた硬化性
フラックスワニスを、それぞれ塗布し、８０℃で１０分
乾燥して、厚さ２０μｍの硬化性フラックス膜を形成し
た。実施例１〜３，比較例１〜２の硬化性フラックス、
および、比較例３〜４として市販のフラックスをそれぞ
れ塗布した、評価用パッケージ回路のランド上に、５０
０μｍ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，比較例
１〜２については、１５０℃で６０分熱処理して、硬化
性フラックスを硬化させた。

【００２６】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を測定した。それぞれ
６０個の平均値を求め、その結果はまとめて表１に示し
たが、比較例１では、半田ボールの接合が出来なかった
ので、次の温度サイクル試験および絶縁抵抗試験は中止
した。

【００２７】２．温度サイクル試験 温度サイクル（ＴＣ）試験用プリント配線板に、市販の
フラックスを塗布し、前記で得られた、実施例および比
較例の半田ボール付き評価用パッケージを搭載して、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，比較例２については、１５０℃で６０分
熱処理して硬化性フラックスを硬化させ、評価用パッケ
ージ実装基板をそれぞれ１０個ずつ作製した。この評価
用パッケージ実装基板は、評価用パッケージ、および試
験用プリント配線板を介して、６０個の半田ボール接合
部が直列につながるように回路設計されている。

【００２８】得られた評価用パッケージ実装基板の導通
を確認した後、−５０℃で１０分、１２５℃で１０分を
１サイクルとするＴＣ試験を実施した。ＴＣ試験１００
０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。比較例３については、評価用パッケージ実装後、
イソプロピルアルコールで洗浄した。

【００２９】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，比較例２で
得られた硬化性フラックスワニスを、それぞれ塗布し、
８０℃で１０分乾燥して厚さ２０μｍの硬化性フラック
ス膜を形成した。比較例４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，比較例２については、１５０℃で６０分熱処理し
て硬化性フラックスを硬化させ、試験用プリント配線板
とした。

【００３０】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に示した。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１に示した評価結果から分かるように、
本発明の硬化性フラックスを用いた実施例の場合、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、１.５〜１.８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。
しかし、本発明の化合物（Ｂ）である、２−フェニル−
４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール（２Ｐ
４ＭＨＺ−ＰＷ）を用いても、その添加量の少ない比較
例１では、半田ボールの接合が出来なかった。絶縁抵抗
試験でも、比較例では絶縁抵抗が大幅に低下して、ショ
ートを起こしているのに対して、実施例ではほとんど低
下を示さず、本発明の硬化性フラックスの効果が明白で
ある。

【００３３】

【発明の効果】本発明の硬化性フラックスは、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、硬化性フラッ
クスが半田接合部周辺をリング状に補強する形で硬化す
るため、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 高橋 豊誠 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） 5E319 AA03 AC01 CD21 5F044 KK01 LL04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項1】 エポキシ樹脂（Ａ）と、イミダゾール環
   を有し且つエポキシ樹脂（Ａ）の硬化剤として作用する
   化合物（Ｂ）とを、必須成分とすることを特徴とする硬
   化性フラックス。
2. 【請求項２】 硬化剤として作用する化合物（Ｂ）の添
   加量が、１ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下であることを特徴
   とする、請求項１記載の硬化性フラックス。
3. 【請求項３】 半田接合温度における溶融粘度が、５０
   Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする、請求項１または
   請求項２記載の硬化性フラックス。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２記載の硬化性フ
   ラックスにより、樹脂補強されたことを特徴とする半田
   接合部。