JP5068898B2 - フラクシング接着剤 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は、電子装置に関し、更に具体的に云うと、電気的相互接続を産出するためのカプセル化材料に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
電子装置の電気的相互接続に対しては、通常は、ソルダー・ジョイント（はんだ付け）が用いられる。フリップ・チップ技術では、集積回路チップ（Ｉ／Ｏチップ）が、基板の入力／出力（Ｉ／Ｏ）パッドにソルダー・バンプを介して電気的に接続される。これは、Ｉ／Ｏチップの前記入出力（Ｉ／Ｏ）パッド上に置いたソルダー・バンプを溶融またはリフローイングさせることによって、Ｉ／Ｏチップと対応する基板との相互接続を行うソルダー・バンピング・プロセスを通して行われる。Ｉ／Ｏチップと基板との間に、あるいは２枚の基板の間に信頼性のあるソルダー相互接続を達成するためには、典型的には、フラクシング剤をＩ／Ｏパッドに塗布してすべての酸化物を除去するようにする。これは、酸化物の存在が金属のＩ／Ｏパッドを濡らすこととなり、その結果、取り付けの際にジョイントを弱体化してしまうからである。適切なはんだ付けをした後に、洗浄してフラクシング剤を除去し、その後、充填物材料を塗布してＩ／Ｏ装置と基板の間の隙間を埋め、パッケージを損傷から保護する。この材料は、一般に、アンダーフィル・カプセル化材料として知られている。
【０００３】
一般的に、カプセル化材料は、エポキシのような熱硬化性プラスチックで作られる。エポキシ樹脂には、ビスフェノール・タイプ、脂環タイプ、そして、ノボラック・タイプの、３種類の一般的なタイプがある。一般的に、化学的特性および硬化反応は、Lee, H. 及び Neville K.著の「Handbook of Epoxy Resin」（エポキシ樹脂の手引書）と, 「McGraw Hill Book, New York, 1987」（1987年ニューヨーク版マグローヒル大辞典）に開示されている。
【０００４】
パッケージングを行う際に伴う工程数を減らすために、フラクシング剤を含有するアンダーフィル・カプセル化材料を使用することは既に知られているところである。この「ノーフローイング」アンダーフィルを利用すれば、個別のフラクシング工程とそれに続く清掃工程を除くことができる。それどころか、「ノーフローイング」アンダーフィルは、米国特許第５，１２８，７４６号に開示されているように、フラクシング工程とカプセル化工程とを結合するのである。
【０００５】
さらに、ＷＯ９９／０３５９７も、中和剤と組み合わせてフラクシング剤として、アクリル酸またはメタクリル酸を使用することを開示している。このフラクシング剤は、樹脂接着剤系と選択的に組み合わされて、熱硬化性接着剤組成物を形成する。フラクシング剤としては、通常は有機酸が使用されるが、接着剤の硬化動力学と組み合わせた場合の有機酸のレドックス活性の動力学は、充分に特徴づけられてはいない。フラクシング剤は、はんだ付け工程の前とかその最中に、良好なフラクシング活性を維持していなければならないし、適切なフラクシング及びはんだ付けが完了した後にだけ硬化が生じるように、硬化速度も適切に制御しなければならない。しかしながら、便利よく使用するためには、未硬化のカプセル化剤に、かなり長期の保管寿命を持たせなければならない。さらには、接着剤を再処理できることが理想的であろう。そして最後に、フラクシング剤には、後に続くソルダー・ジョイント（はんだ付け）に影響を及ぼす可能性のある残留活性があってはいけない。
【０００６】
【発明の概要】
故に、本発明の目的は、フラクシング活性を有する改良したアンダーフィル接着剤を提供することにある。
したがって、本発明の１つの目的は、エポキシ樹脂、あるいはエポキシ樹脂混合物を含有するノーフローイング・アンダーフィル・カプセル化剤（no-flowing underfill encapsulant）を提供するものである。エポキシ樹脂を硬化させる硬化剤として、無水物を使用する。もう１つ別の目的においては、ヒドロキシル含有フラクシング前駆物質（fluxing precursor）をカプセル化剤組成物に添加し、無水硬化剤と反応させ、典型的なリフローイング（reflowing）状態の下に活性のあるフラクシング剤を生成することである。フラクシング前駆物質を使用することで、既存のノーフローイング・アンダーフィル・カプセル化剤で使用される従来のフラクシング剤と比較して、信頼性が向上する。イミダゾール、イミダゾール誘導体、あるいは金属アセチルアセトネートのような適切な触媒を、良好な硬化動力学をもたらす濃度で本発明のカプセル化剤に加える。さらに別の局面としては、硬化後のカプセル化剤が再処理されるように、熱可塑性物質も選択的に含められる。
【０００７】
組成物は表面へ直接塗布し、その上に、電気的相互接続のためのＩ／Ｏパッドを置く。この表面は、基板であり、プリント回路板であり、あるいは、接着やフラクシングが所望されるその他任意の材料の表面であり得る。次に、はんだ付けの材料を含んだ装置をカプセル化材料上におき、リフローイングさせる。
好ましい実施例によれば、ビスフェノール・タイプ・エポキシおよび脂環タイプ・エポキシの混合物物を樹脂として使用する。金属アセチルアセトネートあるいはイミダゾール誘導体を触媒として使用する。硬化剤としては、無水物を使用する。活性フラクシング剤を形成するためにリフローイング状態の下で無水物誘導体と反応するのに用いられるヒドロキシル含有フラクシング前駆物質は、グリセリンである。
【０００８】
【本発明の説明】
以下に、本発明の基礎をなす原理を実現するための実施例を詳細に説明する。しかしながら、当業者であれば、以下の説明は発明を例示しているにすぎず、ここで説明する原理を限定するものとして述べられているものではないことは、承知であろう。
後述する説明において、そしてクレームにおいて使用する、「含む」、「有する」、「包含する」なる用語は、幅広い解釈のできる仕方で使用されているものであり、したがって、「制限するつもりはないが、〜を包含する」ということを意味する、と解釈されるべきである。
【０００９】
エポキシには、以下の３つの一般的なタイプがある。
▲１▼ ビスフェノールＡ及びビスフェノールFを含むビスフェノール・タイプ。
▲２▼ 脂環タイプ。 そして、
▲３▼ クレゾール・ノボラック及びフェノール・ノボラックを含むノボラック・
タイプ。
【００１０】
本発明によるカプセル化材料は、上記タイプのエポキシのうちの１つを含み、好ましくは、上記タイプのエポキシのうち２つの混合物を含む。異なるタイプのエポキシを使って作る混合物は、硬化動力学に対する制御を向上させ、特に、電子パッケージ用のカプセル化材料として有用である。全体で１００ｇの混合物に対しては、第１タイプのエポキシが２０〜８０ｇであり、残量を第２タイプのエポキシとする。最適な混合物は、Union Carbide社製のＥＲＬ４２２１のような脂環タイプ・エポキシと組み合わせた、Shell Corporation社製ＰＯＮ８２８１のようなビスフェノール（ＡまたはＦ）である。ＥＰＯＮ８２８１ 対 ＥＲＬ４２２１の比率は、好ましくは、３：７、あるいは、７：３である。
【００１１】
好ましい硬化剤（curing agent）（この技術分野ではhardenerとも呼ばれる）は、１００ｇのエポキシ混合物当り７０〜１２０ｇ、好ましくは７５〜８５ｇの濃度の、テトラヒドロフタル、メチルテトラヒドロフタル、メチル・エンドメチレンテトラヒドロフタル、或いはヘキサヒドロフタル無水物のような無水物である。本発明においては、無水物は、硬化剤として作用するばかりでなく、フラクシング前駆物質を活性フラクシング化合物に変換するエステル化反応のための反応物としても作用する。
【００１２】
硬化プロセスのための触媒としては、イミダゾール、金属アセチルアセトネート、又はイミダゾール誘導体がある。好ましい触媒は、１００ｇのエポキシ混合物当り０.３６〜０.９ｇ、好ましくは０.７〜０.８ｇの濃度のコバルト（II）アセチルアセトネートである。他の好ましい触媒は、１００ｇのエポキシ混合物当り０.１８〜０.５４ｇ、好ましくは、０.１８〜０.２４ｇの濃度の２ＰＨＺ、又は、Ｃ１１Ｚ−ＣＮＳのようなイミダゾール誘導体である。イミダゾール、２ＰＨＺ及びＣ１１Ｚ−ＣＮＳの構造は、図１(Ａ)〜(Ｃ)に示してある。
【００１３】
フラクシング前駆物質は、エステル化反応において、無水物又は前述の無水物と反応する任意のヒドロキシル含有化合物で、適切な条件下で酸を形成する。前駆物質は、一般式Ｒ−ＯＨを有しており、ここで、Ｒは、限定するつもりはないが、脂肪族または置換脂肪族、芳香族、または置換芳香族を含む任意のグループであり得る。具体例としては、限定するつもりはないが、グリセリン、グリコール、ポリ（エチレングリコール）、又はポリ（プロピレングリコール）がある。
【００１４】
フラクシング前駆物質は、たとえば−２０℃から室温までの保管条件の下で、安定した、反応しない状態で、あるいは反応がゆっくりした状態であって、たとえば１５０℃といったリフローイング状態下で、無水物と反応するようになり、適量の酸を形成する。カプセル化材料内の前駆物質の濃度は、フラクシングの要求される速度と、選択したソルダー合金と、基板金属被覆システムとに依る。好ましい前駆物質は、濃度が１００ｇのエポキシ樹脂混合物当り１〜５ｇ、好ましくは３〜５ｇ、のグリセリンである。また、別の例の前駆物質としては、濃度が１００ｇのエポキシ樹脂混合物あたり１〜５ｇ、好ましくは３〜５ｇ、のグリコールがある。
【００１５】
以下の実施例は、本発明の原理を例示するものであり、クレームを不当に制限するつもりはない。一例として、基板上へチップをはんだ付けするためのカプセル化プロセスを使用する。ここで、このプロセスが、別の組合せの電気部品のリフローイングはんだ付けや、カプセル化にも使用し得ることは了解されたい。
【００１６】
（実施例Ａ）
フラクシング前駆物質を含有するカプセル化材料は、表１の配合に従って調製する。
【表１】

実施例Ａのカプセル化剤を製造するためには、ＥＰＯＮ８２８１、ＥＲＬ４２２１およびヘキサヒドロ−４−メチルフタル無水物を、５０℃で均質に混ぜ合わせ、その後、同じ温度でＡＣＡＣを添加する。次いで、この混合物にグリセリンを添加する。このカプセル化剤は、カプセル化・フラクシング・プロセスに影響を与えないで、正常なリフローイング条件下で、−２０℃で少なくとも６ヶ月、あるいは、室温で２４時間まで保管され得る。
カプセル化のためには、カプセル化剤を、入力／出力メタライゼーションを含む基板表面上へ計量分配する。ソルダー・バンプを有する集積回路（Ｉ／Ｏ）チップをピックアップし、計量分配されたカプセル化剤上に置き、ソルダー・バンプが、対応する基板Ｉ／Ｏパッド上に直接位置するようにする。リフローイングは、この技術分野で知られる通常のリフローイング・プロファイルの下に行なうことができる。これに続いて、３０分間１５０℃の、後硬化工程を実施する。
【００１７】
（実施例Ｂ）
フラクシング前駆物質を含有するカプセル化材料を、表２の配合に従って調製する。
【表２】

実施例Ｂカプセル化剤を製造するには、ＥＰＯＮ８２８１、EＲＬ４２２１、及び、１，２シクロヘキサンジカルボン酸無水物を５０℃で均質に混ぜ合わせ、その後、均一に分散するまで、２ＰＨＺを同じ温度で添加する。次に、グリセリンをこの混合物に添加する。このカプセル化剤は、正常なリフローイング条件下で、カプセル化・フラクシング・プロセスに影響しないように、−２０℃で少なくとも６ヶ月、室温で２４時間まで保管され得る。カプセル化は、実施例Ａと同じ条件下で実施される。
【００１８】
（実施例Ｃ）
フラクシング前駆物質を含有するカプセル化材料は、表３の配合で調製する。
【表３】

実施例Ｃカプセル化剤を製造するためには、ＥＰＯＮ８２８１、ＥＲＬ４２２１およびヘキサヒドロ−４−メチルフタル無水物を、５０℃で均質に混ぜ合わせて、その後、混合物の温度を１００℃まで上げ、そこにＰＰＶＡ（熱可塑性プラスチック）溶解させる。次いで、混合物を５０℃までクールダウンさせ、この混合物にＡＣＡＣを均一に混ぜ合わせる。次に、混合物を室温まで冷却してから、グリセリンを添加する。このカプセル化剤は、正常なリフローイング条件下で、カプセル化・フラクシング・プロセスに影響を与えないように、−２０℃で少なくとも６ヶ月、室温で２４時間まで格納され得る。カプセル化は、実施例Ａと同じ条件下に実施される。後硬化工程に先立って、２５０〜３００℃、好ましくは２５０℃程で、再処理を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (Ａ)はイミダゾールの化学構造式を示す図、 (Ｂ)は２ＰＨＺの化学構造式を示す図、(Ｃ)はＣ１１Ｚ−ＣＮＳの化学構造式を示す図である。

Claims (16)

1. 電子部品と基板のリフローイングはんだ付けに使用する接着剤であって、前記接着剤が、少なくとも１種類のエポキシ樹脂と、無水物からなる硬化剤と、前記エポキシの硬化反応のための触媒と、前記部品または前記基板からコーティング酸化物を除去するに充分なフラクシング活性を有する化合物を形成するために前記無水物と反応することのできるヒドロキシル含有有機化合物であるフラクシング前駆物質と、熱可塑性樹脂とを包含する、ことを特徴とする接着剤。
2. 前記前駆物質は、一般式Ｒ−ＯＨ（Rは、脂肪族、置換脂肪族、置換芳香族のグループである）の有機化合物であることを特徴とする請求項１に記載の接着剤。
3. 前記前駆物質は、グリセリン、グリコール、ポリ（エチレングリコール）またはポリ（プロピレングリコール）であることを特徴とする請求項１に記載の接着剤。
4. 前記前駆物質は、グリセリンであることを特徴とする請求項１に記載の接着剤。
5. 前記前駆物質は、１００gのエポキシ樹脂につき０.５〜５ｇの量のグリセリンであることを特徴とする請求項１に記載の接着剤。
6. 前記エポキシ樹脂は、ビスフェノール・タイプ、脂環タイプおよびノボラック・タイプからなるグループから選択した２つのタイプの混合物であることを特徴とする請求項１に記載の接着剤。
7. 前記エポキシ樹脂は、ビスフェノール・タイプ、脂環タイプおよびノボラック・タイプからなるグループから選択した２つのタイプの混合物であり、そして、前記前駆物質が、１００gのエポキシ樹脂混合物につき０.５〜５ｇの量のグリセリンであることを特徴とする請求項１に記載の接着剤。
8. 前記エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ樹脂と脂環化合物の、３：７〜７：３の混合物であることを特徴とする請求項１に記載の接着剤。
9. 前記無水硬化剤は、ヘキサヒドロ−４−メチルフタル無水物、又は、１，２シクロヘキサンジカルボン酸無水物であることを特徴とする請求項１に記載の接着剤。
10. 前記触媒は、イミダゾール、イミダゾール誘導体または金属アセチルアセトネートであることを特徴とする請求項１に記載の接着剤。
11. 前記触媒は、２ＰＨＺまたはＣ１１Ｚ−ＣＮＳであることを特徴とする請求項１に記載の接着剤。
12. 前記触媒は、コバルト（II）アセチルアセトネートであることを特徴とする請求項１に記載の接着剤。
13. 前記熱可塑性物質は、ポリ（１−ビニル）ピロリドン共酢酸ビニルであることを特徴とする請求項１に記載の接着剤。
14. 前記熱可塑性物質は、１００gのエポキシ樹脂またはエポキシ樹脂混合物につき５〜１０ｇの量であることを特徴とする請求項１に記載の接着剤。
15. 電子部品と基板とのリフローイングはんだ付けに使用する接着剤であって：
    少なくとも１種類のエポキシ樹脂；
    無水物からなる硬化剤；
    前記エポキシ樹脂の硬化反応のための２ＰＨＺまたはＣ１１Ｚ−ＣＮＳである触媒；
    前記部品または前記基板から酸化被膜を除去するに充分なフラクシング活性を有する化合物を形成するために、前記無水物と反応することのできる、ヒドロキシル含有有機化合であるフラクシング前駆物質；及び
    ポリ（１−ビニル）ピロリドン共酢酸ビニルである、熱可塑性樹脂；を包含する、ことを特徴とする接着剤。
16. 第１及び第２の電子部品間のソルダー・ジョイント（はんだ付け）をカプセル化剤を使用してカプセル化（encapsulating）する方法であって：
    少なくとも１種類のエポキシ樹脂と、無水物からなる硬化剤と、前記エポキシ樹脂の硬化反応のための触媒と、前記電子部品あるいは基板から酸化被膜を除去するに充分なフラクシング活性を有する化合物を形成するために、前記無水物と反応することができる、ヒドロキシル含有有機化合物であるフラクシング前駆物質と、熱可塑性樹脂とを含有する前記カプセル化剤を、前記第２部品の入力又は出力パッド上へ計量分配する工程；
    少なくとも一側面にソルダー・バンプを有する前記第１部品を、前記ソルダー・バンプが前記パッドと接触するようにして、前記第２部品上に設置する工程；
    前記第１及び第２部品間に信頼性のある電気的相互接続が得られるように前記ソルダー・バンプをリフローイングする工程；及び
    前記相互接続した部品を冷却する工程；を包含する、ことを特徴とする方法。

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