JP4211328B2

JP4211328B2 - 硬化性フラックス

Info

Publication number: JP4211328B2
Application number: JP2002253364A
Authority: JP
Inventors: 和哉永富; 悟桂山
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP2004090021A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップ・半導体パッケージに半田ボールを半田接合により実装する際、さらには、半導体搭載用基板に半導体チップ・半導体パッケージを半田接合により実装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、電子部品の高密度集積化の進行に伴い、半導体パッケージの小型化かつ多ピン化が必要不可欠となっている。この半導体パッケージの小型化かつ多ピン化に対して、ＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）やＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｃａｌｅＰａｃｋａｇｅ）といった表面実装用エリアアレイ型のパッケージが開発されている。ＢＧＡやＣＳＰの回路基板への実装には、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。
【０００３】
一般に、半田接合のためには、半田表面と対する電極の酸化膜を除去する必要があり、半田付け用フラックスが使用される。この半田付け用フラックスには、熱可塑性フラックスと酸化膜を除去するための活性剤が含まれている。
【０００４】
しかし、半田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の溶融、活性剤中の活性イオンの遊離が起こり、電気絶縁性の低下などの問題が発生する。そのため現在では、半田接合後、残存フラックスの洗浄除去を行う必要がある。
【０００５】
近年の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ている。そのため、残存フラックスを完全に洗浄除去することは、非常に困難な作業である。さらには、バンプ接続部分の信頼性が低下する可能性がある。
【０００６】
上記問題点を解決するために、半田接合の際、フラックスとして作用し、半田接合後、さらに加熱をすることで熱硬化して、半田接合部の補強材となる硬化性フラックスが検討されている（特願２０００−１９３４６号）。しかし、この硬化性フラックスによるリフロー半田接合において、半田接合の信頼性にばらつきが生じる問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、硬化性フラックスによるリフロー半田接合において、半田接合の高信頼性を与える硬化性フラックスを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
（１）半田接合及び半田接合部の補強の際に使用するエポキシ樹脂及び硬化剤を含む半田接合用硬化性フラックスにおいて、３０℃から２２０℃までの温度範囲内で、該半田接合用硬化性フラックスの粘度の最大値が８６Ｐａ・ｓ以上２１０Ｐａ・ｓ以下であり、最小値が０．０１２Ｐａ・ｓ以上０．０４２Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする半田接合用硬化性フラックス、
（２）該エポキシ樹脂が、２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂である第（１）項記載の硬化性フラックス、
（３）該硬化剤が、１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性水酸基及び１分子あたり少なくとも１個以上のカルボキシル基を有する硬化剤である第（１）又（２）項記載の硬化性フラックス、
である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明について詳細に説明する。
本発明で記載した樹脂粘度は、レオメトリー分析装置（例えばＲｈｅｏｍｅｔｒｉｃＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｉｎｃ．Ｍｏｄｅｌ：Ａｒｅｓ−２ＫＳＴＤ−ＦＣＯ−ＳＴＤ）を用いて、測定を行う。測定条件は、プレートとカップを用いて、サンプル量０．１〜０．５ｍｌ、ギャップ０．３〜０．７ｍｍ、歪み１〜６０％、振動数１〜１００ｒａｄ／ｓｅｃ、昇温速度１〜１００℃／ｍｉｎであり、３０℃から２５０℃付近まで測定を行う。
【００１０】
サンプル量が０．１ｍｌ未満、またはギャップが０．７ｍｍを超えると、サンプルがプレート全面に拡がらず、正確な粘度挙動が測定できない恐れがあり好ましくない。また、サンプル量が０．５ｍｌを超える場合、またはギャップが０．３ｍｍ未満であると、サンプルがプレート側面に溢れ出て、正確な粘度挙動が測定できない恐れがあり好ましくない。
歪みが１％未満、または振動数が１ｒａｄ／ｓｅｃ未満であると、被測定物に伝わる力を感知できない恐れがあり好ましくない。また、歪みが６０％を超える場合、または振動数が１００ｒａｄ／ｓｅｃを超えると、必要以上に外力が加わり、正確な粘度挙動が測定できない恐れがあり好ましくない。
昇温速度について、１００℃／ｍｉｎを超えて昇温すると被測定物が急激に加熱され、被測定物の温度に対する応答性が悪くなり、正確な粘度挙動が測定できない恐れがあり好ましくない。
【００１１】
本発明は、半田接合時、半田接合のフラックスとして作用し、同時に半田接合部周辺にフィレットを形成して、該半田接合部に補強材として機能する硬化性フラックスにおいて、３０℃から半田融点までの温度範囲内で、樹脂粘度が１．０×１０^-2Ｐａ・ｓ以上５．０×１０²Ｐａ・ｓ以下であることが必要である。より好ましくは、１．０×１０^-2Ｐａ・ｓ以上２．５×１０²Ｐａ・ｓ以下である。
【００１２】
これは、半田接合の際、硬化性フラックスが加熱され、樹脂粘度が１．０×１０^-2Ｐａ・ｓ未満になると、硬化性フラックスが半田接合部から濡れ拡がり、半田接合部には半田接合に必要な硬化性フラックスの量が不足して、半田接合が困難となるためである。また、５．０×１０²Ｐａ・ｓを超えると、半田表面と対する金属が接触できなくなり、半田接続が困難となるためである。
【００１３】
本発明において、硬化性フラックスのより好ましい形態は、２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂と硬化剤を含むことである。
【００１４】
本発明で用いられるエポキシ樹脂は、２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂であれば特に限定しないが、既存のビスフェノール系ジグリシジルエーテル類、また、それらの水素添加反応により芳香環を飽和炭化水素化したもの、フェノールノボラックとエピクロールヒドリンとの反応で得られるグリシジルエーテルで、常温で液状のもの等、または、それらを混合したものが挙げられる。また、これらの液状樹脂にジヒドロキシナフタレンのジグリシジルエーテル、テトラメチルビフェノールのジグリシジルエーテル等、結晶性のエポキシ樹脂を混合し、液状にしたものを使用することもできる。また、用途によっては、高信頼性付与の為、絶縁フィラーを添加する場合もある。
【００１５】
次に、本発明で用いる硬化剤は、１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性水酸基と１分子あたり少なくとも１個以上のカルボキシル基を有する化合物が好ましい。例として、２，３−ジヒドロキシ安息香酸、２，４−ジヒドロキシ安息香酸、２，５−ジヒドロキシ安息香酸、２，６−ジヒドロキシ安息香酸、３，４−ジヒドロキシ安息香酸、没食子酸、１，４−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸、３，５−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸、フェノールフタリン、ジフェノール酸等が挙げられる。この硬化剤としての１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性水酸基と１分子あたり少なくとも１個以上のカルボキシル基を有する化合物は、フラックス作用を示す。これらの化合物は、単独または複数添加して用いることができる。
【００１６】
ここで、フラックス作用とは、通常用いられているような半田付け用フラックスと同様、金属酸化膜を還元し、その酸化膜を除去しうる性質を示す。
【００１７】
硬化剤の配合量は、エポキシ樹脂に対して２０重量％以上８０重量％以下が好ましい。２０重量％未満であると、半田および金属表面の酸化物を除去する能力が低下し、半田接合が困難となり好ましくない。また、８０重量％を超えると、良好な硬化物が得られず、接合接合部の補強効果と信頼性が低下する可能性があり好ましくない。
【００１８】
上記、エポキシ樹脂と硬化剤に硬化促進剤を加えてもよい。一般的にエポキシ樹脂の硬化促進剤として、用いられるものであり、例えば、イミダゾール化合物、リン化合物、ジアザ化合物、第三級アミン等を挙げることができる。
【００１９】
【実施例】
＜実施例１−５、比較例１−４＞
表１の処方に従って秤量し、ミキサーにて混練し、真空脱泡機、液状樹脂組成物を作製した。次に特性を把握するために以下の代用特性を評価した。
【００２０】
（１）動的粘度：レオメトリー分析装置（ＲｈｅｏｍｅｔｒｉｃＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｉｎｃ．Ｍｏｄｅｌ：Ａｒｅｓ−２ＫＳＴＤ−ＦＣＯ−ＳＴＤ）を用いて、測定を行った。測定条件は、プレートとカップを用いて、サンプル量０．３ｍｌ、ギャップ０．５ｍｍ、歪み３０％、振動数５０ｒａｄ／ｓｅｃ、昇温速度６０℃／ｍｉｎであり、３０℃から２５０℃付近まで測定を行った。
（２）半田接合試験：厚さ０．２５ｍｍのベア銅フレームに作製した硬化性フラックスを滴下し、その上に直径０．５０ｍｍのＳｎ−３．５Ａｇ−０．７５Ｃｕ半田ボール（半田融点：２１７〜２１９℃）を静置した。それを、ピーク温度２４０℃のリフロー炉に導入し、半田ボールの接合性を、テスターを用いた導通評価により確認し、全試験数中、導通の見られないものを不良としてカウントした。
【００２１】
上記の測定結果を表１に示す。
実施例に用いた原材料の内容は下記の通りである。
・ビスＦ型エポキシ樹脂：粘度２０００ｍＰａ・ｓ（２５℃）。
・ジアリルビスＡ型エポキシ樹脂：粘度３４００ｍＰａ・ｓ（２５℃）。
・多官能エポキシ樹脂：主成分２−［４−（２，３−エポキシプロポキシ）フェニル］−２−［４−［１，１−ビス［４−（２，３−エポキシプロポキシ）フェニル］エチル］プロパンの３官能エポキシ樹脂を用いた（日本化薬社製ＮＣ−６０００）。
・フェノール系硬化剤：２，５−ジヒドロキシ安息香酸、又はフェノールフタリンを用いた。
・硬化促進剤：イミダゾール化合物を２種類（硬化促進剤Ａと硬化促進剤Ｂ）用いた。
【００２２】
【表１】

【００２３】
表１に示したように、実施例１−５では、半田接合性に関して良好な結果を示している。これは、半田接合温度までの動的粘度が１．０×１０^-2Ｐａ・ｓ以上であり、半田接合部からの硬化性フラックスの濡れ拡がりによる、硬化性フラックスの供給量不足が抑制できるためであると推測される。また、半田接合温度までの動的粘度が５．０×１０²Ｐａ・ｓ以下であり、半田表面と対する金属の接触が良好に起こるためであると推測される。
一方、比較例１−４では、半田接合温度までの動的粘度が１．０×１０^-2Ｐａ・ｓ未満であるためか、半田接合性に関して不良が発生する結果が得られている。これは、硬化性フラックスの粘度が１．０×１０^-2Ｐａ・ｓ未満になることで、硬化性フラックスは半田接合部に留まることができなくなり、流れ出してしまうため、酸化膜の除去に必要なフラックスの量を半田接合部に供給できなくなり、半田接合に不利な状態になったためであると推測される。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の硬化性フラックスを用いることにより、リフロー半田接合において、半田接合の信頼性が高く、また、実装プロセスの短縮化を達成することができ、その工業的メリットは大きい。

Claims

半田接合及び半田接合部の補強の際に使用するエポキシ樹脂及び硬化剤を含む半田接合用硬化性フラックスにおいて、３０℃から２２０℃までの温度範囲内で、該半田接合用硬化性フラックスの粘度の最大値が８６Ｐａ・ｓ以上２１０Ｐａ・ｓ以下であり、最小値が０．０１２Ｐａ・ｓ以上０．０４２Ｐａ・ｓ以下あることを特徴とする半田接合用硬化性フラックス。
該エポキシ樹脂が、２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂である請求項１記載の硬化性フラックス。
該硬化剤が、１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性水酸基及び１分子あたり少なくとも１個以上のカルボキシル基を有する硬化剤である請求項１又は２記載の硬化性フラックス。