JP2007260683A - 半田付け用フラックス及び半導体素子の接合方法 - Google Patents

半田付け用フラックス及び半導体素子の接合方法 Download PDF

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Abstract

【課題】半導体チップと回路基板との間のギャップが狭い場合であっても、信頼性の高いフリップチップ接合を実現することができる半田付け用フラックス及びこれを用いた半導体素子の接合方法を提供する。
【解決手段】半導体チップ１２の半田バンプ１０に、熱硬化性樹脂と、多価アルコールと、有機酸とを含有し、熱硬化性樹脂がリフロー接合後も未硬化状態を維持する半田付け用フラックス１６を被着する工程と、半田バンプ１０を溶融させつつ、半田付け用フラックス１６を用いて、回路基板２０の電極１８に半田バンプ１０をリフロー接合する工程と、半田付け用フラックス１６を残存させたまま、半導体チップ１２と回路基板２０との間に、半田付け用フラックス１６の熱硬化性樹脂と同系統の熱硬化性樹脂と、これら熱硬化性樹脂を硬化する硬化剤、硬化触媒の少なくとも１つとを含むアンダーフィル材２２を充填する工程とを有している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半田付け用フラックス及びそれを用いた半導体素子の接合方法に係り、特に、信頼性を向上しうる半田付け用フラックス及びそれを用いた半導体素子の接合方法に関する。
近年、電子機器の小型軽量化に伴い、ＬＳＩチップ等の半導体チップの実装技術として、半導体チップを回路基板上にフェイスダウンで実装する、フリップチップ実装技術が広く採用されるに至っている。
従来のフリップチップ接合について図５及び図６を用いて説明する。図５及び図６は、従来のフリップチップ接合を示す工程断面図である。
まず、半田製突起電極、すなわち半田バンプ１００が形成された半導体チップ１０２を用意する。
次いで、予めスキージを用いて平板１０４上に印刷されたフラックス１０６に半導体チップ１０２の半田バンプ１００を接触させ、半田バンプ１００にフラックス１０６を転写する（図５（ａ））。フラックス１０６には、ロジン等よりなるものが用いられる。
次いで、電極１０８が形成された回路基板１１０を用意する。回路基板１１０の電極１０８上には、半田バンプ１１２を形成しておく。
次いで、半導体チップ１０２の半田バンプ１００と回路基板１１０の電極１０８とを位置合わせする（図５（ｂ））。
次いで、加熱することにより、半導体チップ１０２の半田バンプ１００と回路基板１１０の電極１０８上の半田バンプ１１２とを溶融させ、半導体チップ１０２の半田バンプ１００を、回路基板１１０の電極１０８にリフロー接合する（図５（ｃ））。
次いで、半導体チップと回路基板との間に残存するフラックス１０６を、溶剤１１４により洗浄除去する（図５（ｄ））。フラックス１０６を洗浄除去するのは、半導体チップ１０２と回路基板１１０との間に充填されるアンダーフィル材の充填性、密着強度を確保するためである。
次いで、半導体チップ１０２と回路基板１１０との間に、熱硬化性樹脂よりなるアンダーフィル材１１６を充填する（図６（ａ）、図６（ｂ））。
次いで、加熱することにより、半導体チップ１０２と回路基板１１０との間に充填されたアンダーフィル材１１６を硬化する（図６（ｃ））。アンダーフィル材１１６により、半導体チップ１０２と回路基板１１０との間の熱膨張歪みが低減され、また、水分の浸入による半田バンプ１００や電極１０８等の腐食が防止される。
特開２００１−７１５８号公報 特開２００４−１０３０号公報 特開平１０−１９５４８７号公報 特開２００５−１８３８１４号公報
しかし、半導体チップの集積化に伴って、半導体チップのピン数は増加する傾向にあり、半田バンプのサイズは小さくなり、その形成ピッチは狭くなる傾向にある。このため、近時では、半田接合の後にフラックスを洗浄することが困難となりつつある。洗浄除去することができずに半導体チップと回路基板との間に残存するフラックス残渣は、アンダーフィル材の充填不良や密着強度の低下を引き起こし、接合部の信頼性を著しく低下させる。フラックスを完全に洗浄除去するためには、長時間の洗浄工程又は特殊な洗浄装置を導入することが必要となるが、これはコスト上昇の原因となる。
このため、フリップチップ接合に用いるフラックスとして、半田バンプの接合後におけるフラックスの洗浄除去を不要とする、無洗浄タイプのフラックスが要求されており、ロジンに替えて、熱硬化性樹脂を用いたフラックスの適用が検討され始めている。熱硬化性樹脂を用いた無洗浄タイプのフラックスは、例えば、熱硬化性樹脂としてのエポキシ樹脂、エポキシ樹脂の硬化剤、酸化膜等除去することにより接合面を活性化して半田の結合強度を充分に発揮させるためのフラックス活性を有する活性剤、及びエポキシ樹脂の硬化を促進する硬化促進剤を含んでいる。熱硬化性樹脂を用いた無洗浄タイプのフラックスは、表面実装においては一般的に用いられはじめており、硬化したものが信頼性試験等において溶け出さないように、半田接合後には完全硬化するように設計されている。
このような無洗浄タイプのフラックスを、半導体チップの半田バンプと回路基板の電極との接合に適用すれば、フラックスの洗浄を行うことなくアンダーフィル材の充填を行うことは可能となる。
しかしながら、半導体チップと回路基板との間のギャップが１００μｍ以下のように狭いフリップチップ接合には、熱硬化性樹脂を用いた無洗浄タイプのフラックスを適用することは困難であった。その理由は、以下の通りである。
まず、半田接合後に硬化したフラックスは、その後に充填されるアンダーフィル材と界面を形成する。このため、アンダーフィル材の密着強度が低下し、接合部の信頼性が低下してしまう。
さらに、半田接合後に硬化したフラックスは、接合部における半導体チップと回路基板との間のギャップを更に狭め、アンダーフィル材の流動性を阻害し、アンダーフィル材の充填不良やボイドの原因となる。このような充填不良やボイドにより、接合部の信頼性が低下してしまう。
本発明の目的は、半導体チップと回路基板との間のギャップが狭い場合であっても、信頼性の高いフリップチップ接合を実現することができる半田付け用フラックス及びこれを用いた半導体素子の接合方法を提供することにある。
本発明の一観点によれば、第１の基板に形成された半田バンプを、第２の基板に形成された電極にリフロー接合するために用いる半田付け用フラックスであって、第１の熱硬化性樹脂と、多価アルコールと、有機酸とを含有し、前記第１の熱硬化性樹脂は、リフロー接合後も未硬化状態を維持する半田付け用フラックスが提供される。
また、本発明の他の観点によれば、第１の基板に形成された半田バンプを、第２の基板に形成された電極にリフロー接合する半導体素子の接合方法であって、上記の半田付け用フラックスを、前記半田バンプに被着する工程と、前記半田バンプを溶融させつつ、前記半田付け用フラックスを用いて、前記電極に前記半田バンプをリフロー接合する工程と、前記半田付け用フラックスを残存させたまま、前記第１の基板と前記第２の基板との間に、前記第１の熱硬化性樹脂と同系統の第２の熱硬化性樹脂と、前記第１、２の熱硬化性樹脂を硬化する硬化剤、硬化触媒の少なくとも１つとを含むアンダーフィル材を充填する工程とを有する半導体素子の接合方法が提供される。
本発明によれば、熱硬化性樹脂と、多価アルコールと、有機酸とを含有し、熱硬化性樹脂を硬化する硬化剤や硬化を促進する硬化触媒を含有していない半田付け用フラックスを用いて、第１の基板に形成された半田バンプを、第２の基板に形成された電極にリフロー接合し、半田付け用フラックスを残存させたまま、第１の基板と第２の基板との間に、半田付け用フラックスと相溶し、半田付け用フラックスの熱硬化性樹脂を硬化する硬化剤、硬化を促進する硬化触媒の少なくとも１つを含むアンダーフィル材を充填するので、第１の基板と第２の基板との間のギャップが狭い場合であっても、信頼性の高いフリップチップ接合を実現することができる。
［一実施形態］
本発明の一実施形態による半田付け用フラックス及び半導体素子の接合方法について図１乃至図４を用いて説明する。図１及び図２は本実施形態による半導体素子の接合方法を示す工程断面図、図３は本実施形態による半導体素子の接合方法により製造された実装構造体を説明する図、図４は従来の無洗浄タイプのフラックスを用いた半導体素子の接合方法により製造された実装構造体を説明する図である。
まず、本実施形態による半田付け用フラックスについて説明する。
本実施形態による半田付け用フラックスは、フリップチップ接合に用いる無洗浄タイプのものであり、フリップチップ接合における半田バンプの接合時にはフラックスとして作用し、単独では硬化せずに、その後に半導体チップと回路基板との間に充填されるアンダーフィル材に含まれる硬化剤又は硬化触媒により硬化することに主たる特徴がある。
本実施形態による半田付け用フラックスは、熱硬化性樹脂、フラックス活性を有する多価アルコール及び有機酸、並びに粘度調整剤を含むものである。以下、本実施形態による半田付け用フラックスの各構成成分について詳述する。
半田付け用フラックスに含まれる熱硬化性樹脂としては、アンダーフィル材の熱硬化性樹脂と同系の熱硬化性樹脂が用いられる。このため、半田付け用フラックスに含まれる熱硬化性樹脂は、アンダーフィル材の熱硬化性樹脂と十分に相溶することができるものとなっている。具体的には、例えば、ビスフェノールＦ型シアネートエステル、ビスフェノールＡ型シアネートエステル、フェノールノボラック樹脂シアネートエステル等のシアネートエステル系の熱硬化性樹脂が用いられる。シアネートエステル系の熱硬化性樹脂は、半田付け温度では、硬化触媒（硬化促進剤）の存在がないと硬化しないという特徴を有している。したがって、半田付け用フラックスにこのような硬化触媒を含有させないようにする。
一方、半田付け用フラックスに含まれる熱硬化性樹脂として、エポキシ系樹脂を用いた場合には、酸無水物、アミンなどの硬化剤をアンダーフィル材に含有させるようにする。
なお、半田付け用フラックスにおける熱硬化性樹脂の含有率は、３０〜７０重量％であることが望ましい。熱硬化性樹脂の含有率が３０重量％よりも小さいとアンダーフィル材の充填後も半田付け用フラックスが硬化せず、また、含有率が７０重量％よりも大きいとフラックス活性を阻害するためである。
多価アルコールとしては、分子量１００〜２５０の２価のアルコール、分子量１００〜１５０の３価のアルコールであって、室温で液状のものが用いられる。具体的には、例えば、１，２，３−ヘキサントリオール、１，２，６−ヘキサントリオール、１，２，４−ブタントリオール、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキサエチレングリコール、ペンタエチレングリコール、グリセリン、グリセリン誘導体等が用いられる。また、これらのうちの２種以上を混合して用いてもよい。
なお、半田付け用フラックスにおける多価アルコールの含有率は、２０〜６０重量％であることが望ましい。多価アルコールの含有率が２０重量％よりも小さいとフラックス活性を発現せず、また、含有率が６０重量％よりも大きいとアンダーフィル材の充填後も半田付け用フラックスが硬化しないためである。
有機酸としては、例えば、セバシン酸、コハク酸、グルタール酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グリコール酸、クエン酸、ジグリコール酸、安息香酸、サリチル酸、シュウ酸，マロン酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、洒石酸等が用いられる。また、これらのうちの２種以上を混合して用いてもよい。
なお、半田付け用フラックスにおける有機酸の含有率は、２〜２０重量％であることが望ましい。有機酸の含有率が２重量％よりも小さいとフラックス活性を発現せず、また、含有率が２０重量％よりも大きいと半田付け用フラックスの粘度が必要以上に上昇するためである。
本実施形態による半田付け用フラックスのフラックス作用は、上記の多価アルコールと有機酸とによるものである。多価アルコールと有機酸とを組み合わせて用いることには、以下に述べる利点がある。
多価アルコールは、２つ以上の水酸基（−ＯＨ）を有している。多価アルコールの水酸基は、半田バンプの接合後において、有機酸が有するカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）と反応してエステル結合を形成する。こうして、多価アルコールと有機酸とがエステル化合物を形成することにより、多価アルコールと有機酸とはフラックス活性を失う。これにより、アンダーフィル材と半田付け用フラックスとが硬化した後における半田バンプや電極等の腐食の発生を低減することができる。
さらに、多価アルコールと有機酸とがエステル化合物を形成することにより、半田付け用フラックスの粘度は、半田バンプの接合後に室温に復帰した際に上昇する。こうして、半田付け用フラックスの粘度が上昇することより、半田バンプの接合後アンダーフィル材の充填前において、未硬化の半田付け用フラックスのだれを抑制することができる。
粘度調整剤は、半田付け用フラックスの印刷性を確保するために用いられる。具体的には、高粘度シアネートエステル樹脂、ロジンジオール等が用いられる。半田付け用フラックスにおける粘度調整剤の含有率は、半田付け用フラックスの粘度に応じて適宜設定し、例えば１〜１０重量％とする。
上述した各構成成分を含む本実施形態による半田付け用フラックスは、熱硬化性樹脂の硬化剤や硬化触媒を含んでおらず、単独では硬化しない。本実施形態による半田付け用フラックスは、半田バンプの接合後、半導体チップと回路基板との間に充填されるアンダーフィル材と相溶し、アンダーフィル材に含まれる硬化剤又は硬化触媒により硬化する。
このように、本実施形態による半田付け用フラックスは、半田バンプの接合時に硬化せず、アンダーフィル材と相溶するため、半田付け用フラックスとアンダーフィル材との界面をシームレスなものにすることができる。これにより、アンダーフィル材の密着強度を向上することができ、接合部の信頼性を向上することができる。
また、本実施形態による半田付け用フラックスは、アンダーフィル材の充填時には未硬化の状態であるため、アンダーフィル材の流動性を阻害することもない。このため、アンダーフィル材の充填不良やボイドの発生を抑制することができ、接合部の信頼性を向上することができる。
したがって、例えば直径１００μｍ以下の半田バンプを用い、半導体チップと回路基板との間のギャップが例えば１００μｍ以下のように狭い場合においても、充填不良やボイドの発生を抑制しつつ、高い密着強度でアンダーフィル材を充填することができる。さらに、フラックスの洗浄が不要であるため、接合工程に要する時間を短縮することができる。
本実施形態による半田付け用フラックスと組み合わせて用いられるアンダーフィル材は、本実施形態による半田付け用フラックスの熱硬化性樹脂と同系の熱硬化性樹脂を含んでいる。さらに、アンダーフィル材は、熱硬化性樹脂の硬化剤、硬化触媒（硬化促進剤）の少なくとも１つを含んでいる。
アンダーフィル材の熱硬化性樹脂としては、具体的には、例えば、ビスフェノールＦ型シアネートエステル、ビスフェノールＡ型シアネートエステル、フェノールノボラック樹脂シアネートエステル等が用いられる。
アンダーフィル材に含まれる硬化剤は、半田付け用フラックス及びアンダーフィル材の双方の熱硬化性樹脂にエポキシ系樹脂が用いられた際、該エポキシ系樹脂を硬化させるものである。具体的には、例えば、アミン系硬化剤や酸無水物系硬化剤が用いられる。
アミン系硬化剤としては、例えば、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジアミノジフェニルメタン、ｍ−フェニレンジアミンが用いられる。
また、酸無水物系硬化剤としては、例えば、無水フタル酸、無水マレイン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水ハイミック酸、テトラブロモ無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸が用いられる。
アンダーフィル材に含まれる硬化触媒は、半田付け用フラックス及びアンダーフィル材の双方の熱硬化性樹脂の硬化反応を促進させるものである。具体的には、コバルト（III）、銅（II）、マンガン（II）、亜鉛（II）等の有機遷移金属錯体、例えば、これらのアセチルアセトネート又はオクチル酸塩が用いられる。半田付け用フラックス及びアンダーフィル材の双方の熱硬化性樹脂にシアネートエステル系樹脂を用いた場合には、このような硬化触媒をアンダーフィル材に含有させるようにする。
なお、アンダーフィル材には、シリカ粒等よりなるフィラーが含まれている。
次に、上述した半田付け用フラックスを用いた本実施形態による半導体素子の接合方法について図１及び図２を用いて説明する。
まず、半田製突起電極、すなわち半田バンプ１０が形成された半導体チップ１２を用意する。半田バンプ１０には、例えば直径１００μｍ以下のものを用いる。
次いで、予めスキージを用いて平板１４上に印刷された本実施形態による半田付け用フラックス１６に半導体チップ１２の半田バンプ１０を接触させ、半田バンプ１０に半田付け用フラックス１６を転写する（図１（ａ））。
次いで、電極１８が形成された回路基板２０を用意し、半導体チップ１２の半田バンプ１０と回路基板２０の電極１８とを位置合わせする（図１（ｂ））。
次いで、加熱することにより、半導体チップ１２の半田バンプ１０を溶融させ、半導体チップ１２の半田バンプ１０を、回路基板２０の電極１８にリフロー接合する（図１（ｃ））。本実施形態による半田付け用フラックス１６は、硬化剤や硬化触媒を含んでいないため、半田バンプ１０の接合後においても未硬化の状態になっている。すなわち、半田付け用フラックス１６に含まれる熱硬化性樹脂は、リフロー接合後も未硬化状態を維持する。
また、本実施形態による半田付け用フラックス１６に含まれる多価アルコールと有機酸とは、半田バンプ１０の接合後においてエステル化合物を形成するため、フラックス活性を失う。これにより、アンダーフィル材２２と半田付け用フラックス１６とが硬化した後における半田バンプ１０や電極１８等の腐食の発生を低減することができる。また、多価アルコールと有機酸とがエステル化合物を形成することにより、半田付け用フラックス１６の室温における粘度が上昇する。これにより、半田バンプ１０の接合後アンダーフィル材２２の充填前において、未硬化の半田付け用フラックス１６のだれを抑制することができる。
なお、熱硬化性樹脂は、加熱だけで多少硬化することがある。ここで、本発明における未硬化の状態とは、硬化剤や硬化触媒の作用により熱硬化性樹脂が硬化していない状態のことであり、完全に硬化していない状態のことをいう。
次いで、半導体チップ１２と回路基板２０との間に、アンダーフィル材２２を充填する（図２（ａ）、図２（ｂ））。アンダーフィル材２２としては、上述したように、半田付け用フラックス１６の熱硬化性樹脂と同系の熱硬化性樹脂と、熱硬化性樹脂の硬化剤、硬化触媒の少なくとも１つとを含んだものを用いる。
アンダーフィル材２２の充填時において、本実施形態による半田付け用フラックス１６は、未硬化の状態であるため、アンダーフィル材２２と相溶する。このため、半田付け用フラックス１６とアンダーフィル材２２との界面はシームレスなものになる。これにより、アンダーフィル材２２の密着強度を向上することができ、接合部の信頼性を向上することができる。
また、本実施形態による半田付け用フラックス１６は、未硬化の状態であるため、アンダーフィル材２２の流動性を阻害することもない。このため、アンダーフィル材２２の充填不良やボイドの発生を抑制することができ、接合部の信頼性を向上することができる。
したがって、例えば直径１００μｍ以下の半田バンプ１０を用い、半導体チップ１２と回路基板２０との間のギャップが例えば１５０μｍ以下のように狭い場合においても、充填不良やボイドの発生を抑制しつつ、高い密着強度でアンダーフィル材２２を充填することができる。さらに、フラックスの洗浄が不要であるため、接合工程に要する時間を短縮することができる。
次いで、加熱することにより、半導体チップ１２と回路基板２０との間に充填されたアンダーフィル材２２を硬化する（図２（ｃ））。このとき、アンダーフィル材２２と相溶した半田付け用フラックス１６もまた、アンダーフィル材２２に含まれる硬化剤又は硬化触媒により硬化する。アンダーフィル材２２により、半導体チップ１２と回路基板２０との間の熱膨張歪みが低減され、また、水分の浸入による半田バンプ１０や電極１８等の腐食が防止される。
こうして、半導体チップ１２と回路基板２０とがフリップチップ接合される。
図３（ａ）は本実施形態による半導体素子の接合方法により製造された実装構造体を示す概略断面図であり、図３（ｂ）は本実施形態による半導体素子の接合方法により製造された実装構造体を超音波探傷装置により撮像した画像である。図４（ａ）は半田バンプの接合後アンダーフィル材の充填前に硬化する従来の無洗浄タイプのフラックスを用いた半導体素子の接合方法により製造された実装構造体を示す概略断面図であり、図４（ｂ）はこの従来の無洗浄タイプのフラックスを用いた半導体素子の接合方法により製造された実装構造体を超音波探傷装置により撮像した画像である。図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示す超音波探傷装置により撮像した画像は、回路基板上に１３ｍｍ角の半導体チップが実装された実装構造体を半導体チップ側から撮像したものである。
本実施形態による場合、アンダーフィル材２２の充填時において、半田付け用フラックス１６は未硬化の状態である。このため、半田付け用フラックス１６は、アンダーフィル材２２と相溶し、また、アンダーフィル材２２の流動性を阻害することもない。このため、図３（ａ）に示すように、アンダーフィル材２２の硬化後において、半田付け用フラックス１６とアンダーフィル材２２との界面はシームレスなものになり、アンダーフィル材２２の密着強度を向上することができる。また、アンダーフィル材２２中におけるボイドの発生を十分に抑制することができる。図３（ｂ）に示す超音波探傷装置による画像からは、ボイドが発生していないことが分かる。
これに対し、半田バンプの接合後アンダーフィル材の充填前に硬化する従来の無洗浄タイプのフラックスを用いた場合、図４（ａ）に示すように、硬化したフラックス２４は、その後に充填されるアンダーフィル材２６と界面を形成する。このため、アンダーフィル材２４の密着強度が低下し、接合部の信頼性が低下してしまう。さらに、硬化したフラックス２４は、アンダーフィル材２４の充填時においてアンダーフィル材２２の流動性を阻害する。この結果、アンダーフィル材２６中に、信頼性の低下の原因となるボイド２８が発生する。図４（ｂ）に示す超音波探傷装置による画像からは、ボイドが多数発生していることが分かる。
このように、本実施形態によれば、フリップチップ接合において、半田バンプの接合時にはフラックスとして作用し、硬化剤や硬化触媒を含んでおらず単独では硬化せず、その後に半導体チップと回路基板との間に充填されるアンダーフィル材に含まれる硬化剤又は硬化触媒により硬化する半田付け用フラックスを用いるので、半導体チップと回路基板との間のギャップが狭い場合であっても、信頼性の高いフリップチップ接合を実現することができる。
［実施例１乃至３］
まず、表１に示す組成の無洗浄タイプのフラックスを調製した。表１の組成は重量％で示している。
フラックスの調製は以下のようにして行った。
まず、ヘキサントリオールとセバシン酸とを混合した。なお、活性剤が液体の場合には室温にて混合すればよいが、活性剤が固体の場合には、１００℃以下で適宜加熱しながら混合する。
次いで、シアネートエステルに、混合したヘキサントリオール及びセバシン酸を混合した。
次いで、フラックスの印刷性を確保するため、粘度調製剤を適量添加した。
次に、調製したフラックスを用いてフリップチップ接合を行った。半導体チップには、サイズが１０ｍｍ角、ＳｎＡｇＣｕよりなる直径１００μｍの半田バンプが２００μｍピッチで形成されたものを用いた。回路基板には、樹脂基板を用いた。半導体チップと回路基板とは、フリップチップ接合後に抵抗を測定することができるように、デイジーチェーン配線を有するものとした。
フリップチップ接合は以下のようにして行った。
まず、半導体チップの半田バンプに、予めスキージを用いて平板上に印刷した無洗浄タイプのフラックスに半導体チップの半田バンプを接触させ、半田バンプにフラックスを転写した。
次いで、半導体チップの半田バンプと回路基板の電極との位置合わせを行い、窒素雰囲気下にて、ピーク温度２５０℃の加熱を行うことにより、半導体チップの半田バンプを溶融させ、半導体チップの半田バンプを、回路基板の電極にリフロー接合した。接合後の半導体チップと回路基板との間のギャップは、約７０μｍであった。
次いで、半導体チップと回路基板との間に、シアネートエステル系のアンダーフィル材を充填した。
次いで、１６５℃、１．５時間の加熱を行うことにより、半導体チップと回路基板との間に充填されたアンダーフィル材を硬化した。
こうして無洗浄タイプのフラックスを用いてフリップチップ接合を行った各サンプルについて、−５５℃〜１２５℃の熱サイクル試験を行い、接合部の信頼性を評価した。なお、比較例１として接合後に残渣の洗浄を要する市販のロジン系フラックスを用いてフリップチップ接合を行ったサンプル、比較例２として半田バンプの接合後アンダーフィル材の充填前に硬化する市販の無洗浄タイプのフラックスを用いてフリップチップ接合を行ったサンプルについても同様の熱サイクル試験を行い、接合部の信頼性を評価した。
実施例１乃至３の無洗浄タイプのフラックスを用いた場合、いずれも１０００サイクルを経ても不良が発生することはなかった。
これに対し、比較例１の市販のロジン系フラックスを用いた場合には、８５０サイクルで不良が発生した。また、比較例２の市販の無洗浄タイプのフラックスを用いた場合には、６００サイクルで不良が発生した。
このように、実施例１乃至３の無洗浄タイプのフラックスを用いた場合には、半田バンプの接合後アンダーフィル材の充填前に硬化する市販の無洗浄タイプのフラックスを用いた場合だけでなく、市販のロジン系フラックスを用いた場合と比較しても、接合部について高い信頼性を得ることができた。
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、半導体チップに半田製突起電極が形成されている場合について説明したが、半導体チップ上に形成された電極に別途半田バンプが形成されていてもよい。
また、上記実施形態では、半導体チップ側に半田バンプが形成されている場合について説明したが、半田バンプは、半導体チップ側と回路基板側のとの両方に形成されていてもよい。
また、上記実施形態では、半導体チップの半田バンプに半田付け用フラックスを被着させる場合について説明したが、半田付け用フラックスは、回路基板側の電極又は半田バンプに被着させてもよい。
また、上記実施形態では、フラックス活性を有する活性剤として、多価アルコール及び有機酸を用いる場合を説明したが、いずれか一方を用いてもよい。
以上詳述したように、本発明の特徴をまとめると以下のようになる。
（付記１）
第１の基板に形成された半田バンプを、第２の基板に形成された電極にリフロー接合するために用いる半田付け用フラックスであって、
第１の熱硬化性樹脂と、多価アルコールと、有機酸とを含有し、
前記第１の熱硬化性樹脂は、リフロー接合後も未硬化状態を維持する
ことを特徴とする半田付け用フラックス。
（付記２）
付記１記載の半田付け用フラックスにおいて、
前記第１の熱硬化性樹脂は、ビスフェノールＦ型シアネートエステル、ビスフェノールＡ型シアネートエステル、又はフェノールノボラック樹脂シアネートエステルである
ことを特徴とする半田付け用フラックス。
（付記３）
付記１又は２記載の半田付け用フラックスにおいて、
前記多価アルコールは、分子量１００〜２５０の２価のアルコール、及び／又は分子量１００〜１５０の３価のアルコールである
ことを特徴とする半田付け用フラックス。
（付記４）
付記１乃至３のいずれかに記載の半田付け用フラックスおいて、
前記第１の熱硬化性樹脂の含有率が３０〜７０重量％、前記多価アルコールの含有率が２０〜６０重量％、前記有機酸の含有率が２〜２０重量％であり、
１〜１０重量％の含有率で粘度調製剤を更に含有する
ことを特徴とする半田付け用フラックス。
（付記５）
第１の基板に形成された半田バンプを、第２の基板に形成された電極にリフロー接合する半導体素子の接合方法であって、
付記１乃至４のいずれかに記載の半田付け用フラックスを、前記半田バンプに被着する工程と、
前記半田バンプを溶融させつつ、前記半田付け用フラックスを用いて、前記電極に前記半田バンプをリフロー接合する工程と、
前記半田付け用フラックスを残存させたまま、前記第１の基板と前記第２の基板との間に、前記第１の熱硬化性樹脂と同系統の第２の熱硬化性樹脂と、前記第１、２の熱硬化性樹脂を硬化する硬化剤、硬化触媒の少なくとも１つとを含むアンダーフィル材を充填する工程とを有する
ことを特徴とする半導体素子の接合方法。
（付記６）
付記６記載の半導体素子の接合方法において、
前記アンダーフィル材を充填する工程によって、前記第１、２の熱硬化性樹脂が相溶した後に、前記相溶した第１、２の熱硬化性樹脂が硬化するように加熱する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体素子の接合方法。
（付記７）
付記５又は６記載の半導体素子の接合方法において、
前記第２の熱硬化性樹脂は、ビスフェノールＦ型シアネートエステル、ビスフェノールＡ型シアネートエステル、又はフェノールノボラック樹脂シアネートエステルである
ことを特徴とする半導体素子の接合方法。
（付記８）
付記５乃至７のいずれかに記載の半導体素子の接合方法において、
前記アンダーフィル材は、前記第１、２の熱硬化性樹脂が、シアネートエステル系樹脂であれば、硬化触媒を含む
ことを特徴とする半導体素子の接合方法。
（付記９）
付記５乃至７のいずれかに記載の半導体素子の接合方法において、
前記アンダーフィル材は、前記第１、２の熱硬化性樹脂が、エポキシ系樹脂であれば、硬化剤を含む
ことを特徴とする半導体素子の接合方法。
本発明の一実施形態による半導体素子の接合方法を説明する工程断面図（その１）である。 本発明の一実施形態による半導体素子の接合方法を説明する工程断面図（その２）である。 本発明の一実施形態による半導体素子の接合方法により製造された実装構造体を説明する図である。 従来の無洗浄タイプのフラックスを用いた半導体素子の接合方法により製造された実装構造体を説明する図である。 従来のフリップチップ接合を説明する工程断面図（その１）である。 従来のフリップチップ接合を説明する工程断面図（その２）である。
符号の説明
１０…半田バンプ
１２…半導体チップ
１４…平板
１６…半田付け用フラックス
１８…電極
２０…回路基板
２２…アンダーフィル材
２４…フラックス
２６…アンダーフィル材
２８…ボイド
１００…半田バンプ
１０２…半導体チップ
１０４…平板
１０６…フラックス
１０８…電極
１１０…回路基板
１１２…半田バンプ
１１４…溶剤
１１６…アンダーフィル材

Claims (5)

  1. 第１の基板に形成された半田バンプを、第２の基板に形成された電極にリフロー接合するために用いる半田付け用フラックスであって、
    第１の熱硬化性樹脂と、多価アルコールと、有機酸とを含有し、
    前記第１の熱硬化性樹脂は、リフロー接合後も未硬化状態を維持する
    ことを特徴とする半田付け用フラックス。
  2. 請求項１記載の半田付け用フラックスにおいて、
    前記第１の熱硬化性樹脂は、ビスフェノールＦ型シアネートエステル、ビスフェノールＡ型シアネートエステル、又はフェノールノボラック樹脂シアネートエステルである
    ことを特徴とする半田付け用フラックス。
  3. 請求項１又は２記載の半田付け用フラックスにおいて、
    前記多価アルコールは、分子量１００〜２５０の２価のアルコール、及び／又は分子量１００〜１５０の３価のアルコールである
    ことを特徴とする半田付け用フラックス。
  4. 第１の基板に形成された半田バンプを、第２の基板に形成された電極にリフロー接合する半導体素子の接合方法であって、
    請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半田付け用フラックスを、前記半田バンプに被着する工程と、
    前記半田バンプを溶融させつつ、前記半田付け用フラックスを用いて、前記電極に前記半田バンプをリフロー接合する工程と、
    前記半田付け用フラックスを残存させたまま、前記第１の基板と前記第２の基板との間に、前記第１の熱硬化性樹脂と同系統の第２の熱硬化性樹脂と、前記第１、２の熱硬化性樹脂を硬化する硬化剤、硬化触媒の少なくとも１つとを含むアンダーフィル材を充填する工程とを有する
    ことを特徴とする半導体素子の接合方法。
  5. 請求項４記載の半導体素子の接合方法において、
    前記アンダーフィル材を充填する工程によって、前記第１、２の熱硬化性樹脂が相溶した後に、前記相溶した第１、２の熱硬化性樹脂が硬化するように加熱する工程を更に有する
    ことを特徴とする半導体素子の接合方法。
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