JPH04280443A - 熱硬化可能な接着剤およびこれを用いた電気的コンポーネント組立体 - Google Patents
熱硬化可能な接着剤およびこれを用いた電気的コンポーネント組立体Info
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- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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-
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-
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-
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-
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
関し、かつより特定的には電気的相互接続方法に関し、
そしてさらに特定的には集積回路のフリップチップ取り
付けおよび封入に関する。
性、信頼性のなさ、および低い生産性を除去するために
はんだバンプ(solder bump)相互接続が
開発された。フリップチップ集積回路のためのはんだバ
ンプ相互接続技術は何らかの形でおよそ20年間使用さ
れてきた。初期の、複雑性の少ない集積回路は典型的に
は周辺の接続部を有するのに反して、フリップチップバ
ンピング技術はそれが全領域のアレイに進むに連れて相
互接続密度のかなりの増大を許容した。制御された崩壊
(コラプス:collapse)チップ接続はダイ上の
ウエット可能な金属端子上に被着されたはんだバンプお
よび基板上のはんだによるウエット可能な端子の整合す
るフットプリントを使用する。上下逆の集積回路(フリ
ップチップ)が基板に対し整列されかつすべての接合が
同時にはんだをリフローすることにより形成される。制
御されたコラプス方法においては、はんだのバンプが集
積回路の端子上に被着され、かつ該はんだバンプが厚膜
ガラスのダムを用いることにより端子から流れ出すこと
が抑制され、基板のメタリゼーションの先端へのはんだ
の流れが制限される。同様に、集積回路上のはんだの流
れが該集積回路上の化学的に蒸着されたガラスのパッシ
ベーションの被覆面に露出した金属上のはんだ可能なパ
ッドの大きさによって制限される。
る。鉛の多いはんだは該合金の高い融点のため集積回路
をアルミナセラミックの基板に接合する場合に使用され
、組み立てられた回路のさらに他の処理を許容する。 エポキシまたはポリイミド回路板のような有機キャリア
への接合はより低い融点のはんだ合金を必要とする。共
融の錫/鉛はんだ(融点183℃)または鉛/インジュ
ウムはんだ(融点220℃)のようなはんだが使用され
ている。
存する。銀および金はよくない選択であるが、それはこ
れらが急速にはんだ内に溶解するからである。従って、
銅、錫、鉛、パラジウム、プラチナ、またはニッケルが
一般に回路板の端子のために使用されており、かつクロ
ム、チタン、またはニッケルの薄膜が一般に集積回路端
子として使用されている。
ある間に集積回路端子上に配設される。ウエーハを切断
する前の最終的な操作は電気的な試験であり、この場合
柔らかいはんだが端子に接触するために使用される機械
的なプローブに対し接触パッドを提供する働きをなす。
ックス、水−ホワイトロジンまたは水溶性のフラックス
、が集積回路を定位置に保持するための一時的な接着剤
として基板上に付加される。アセンブリはリフロー温度
サイクルにさらされ、オーブンまたは炉の中でダイを基
板に接合する。はんだの表面張力がダイを基板の端子に
自己整列する助けとなる。リフローの後、フラックスの
残留物がダイの腐食を防止するために除去されなければ
ならない。塩素、フッ素または炭化水素の溶剤がロジン
を除去するために使用され、あるいは水溶性のフラック
スを除去するためには表面活性剤の水溶液が使用される
。ダイの基板への緊密な接近のため(典型的には0.0
01から0.004インチ、すなわち0.0254ミリ
メートルから0.102ミリメートル)、ダイの下から
フラックス残留物を除去することは高度なクリーニング
体制およびかなりの時間の消費を要求する困難な作業で
ある。全てのフラックス残留物の完全な除去を保証する
ことが産業上の多くの努力の課題であった。
試験され、かつさらに環境的な保護を与えるためにパッ
ケージングが付加される。パッシベーション、封入、ま
たはカバーの付加が通常の方法である。封入の場合、液
体ポリマがダイの回りおよび下に付加される。歴史的に
は、ポリマの選択はシリコーン(silicones)
およびエポキシであり、エポキシがより多く好まれてい
た。エポキシのセラミック基板への付着はシリコーンに
比べて優れている。エポキシの膨脹係数はセラミック充
填剤を添加することによって低くすることができる。こ
れは基板と封入材との間に生ずる熱的ストレスを低減す
る。低い膨脹係数を備えたエポキシの接着剤の重要性は
フリップチップのアプリケーションに対しては強調しす
ぎることはない。硬化したエポキシは堅くかつシリコー
ンの柔軟性を持たない。従って、もしそれらの膨脹係数
が充填剤によって低くならなければ、初期のデバイスの
故障がダイのクラックの形成から生じ得る。無機充填剤
の使用もまた熱伝導率およびイオンの汚染物質のレベル
に影響を与える。
プは装置に対し最大の環境的保護を提供するためには完
全に満たされなければならない。デバイスを封入する過
去の努力は、米国特許第4,604,644号に述べら
れているように、ダイの中央部に欠如領域を残し、有機
レジンが該ダイの周辺に付加され、かつ前記空間に毛管
作用により引き入れられた。ダイの大きさが増大するに
応じて、毛管作用の制限された効力はより微妙なものと
なりかつダイのさらに大きな領域が保護されないままと
なった。
他の方法は上記制限を、ダイの中央に位置する、基板の
穴を通して有機レジンを付加することにより克服しよう
と試みた。はんだ付けおよびクリーニング操作の後、封
入樹脂がダイの表面の完全なカバレージを保証するため
に、前記穴に付加されかつダイの周辺回りにも付加され
た。この方法は前記穴のために使用されない空間を提供
するために、回路のない基板の領域を確保する必要性を
生ずる。
保証しかつ基板の利用できる領域の最大限の使用を許容
するフリップチップ集積回路を封入する改良された方法
が必要とされる。
、本発明によれば、フラックス剤(fluxing
agent)を含む接着材料が金属化パターンを有する
基板またははんだバンプされた電気的要素(コンポーネ
ント)に付加される。該コンポーネントは基板上に配置
されかつはんだリフローされる。リフロー段階の間、前
記フラックス剤ははんだの基板の金属化パターンへの付
着を促進しかつ接着材料は硬化されて基板およびコンポ
ーネントを機械的に相互接続しかつ封入する。
有する基板100がスクリーン印刷、ステンシル、プリ
フォームの被着、または他のディスペンス手段によって
接着材料120で選択的に被覆される。接着材料120
はフラックス剤および硬化(curing)剤を含むよ
う処方され、それにより材料が室温で直ちに硬化されな
いようになっている。適切な接着材料の例はビィスフェ
ノール(bisphenol)Aおよびエピクロロヒド
リンから作られるエポキシ樹脂である。キュア剤または
硬化剤はアミン、無水物、または適切な反応物質でよい
。適切な硬化剤を有するポリエステル樹脂のような他の
2材料性樹脂システムを代わりに用いることができる。 フラックス剤の目的ははんだ操作に対するフラックス作
用を提供することである。アビエチン酸、アジピン酸、
アスコルビン酸、アクリル酸、クエン酸、2−フロイッ
ク酸(2−furoic acid)、リンゴ酸、お
よびポリアクリル酸がフラックス剤として有用であるこ
とが分かった。次のような一般式の他の有機酸もまた有
用であり、この場合、Rは電子吸引グループ(elec
tron withdrawing grorp)
である。特定の電子吸引グループはフッ素、塩素、臭素
、ヨウ素、硫黄、ニトリル、水酸基、ベンジルまたは何
らかの他の電子吸引グループである。
定のフラックス剤の活動、選択されたはんだ合金、およ
び基板の金属化システムに応じて、約0.1から約16
重量%の範囲とすることができる。
ははんだバンプ140およびアクティブ面150が基板
100に面しかつ基板100の金属化パターン110と
整列するように配置される。図2を参照すると、バンプ
されたデバイス230が金属化パターン210との緊密
な接触へと移動される。接着剤220がデバイス230
を湿らせ、デバイス230のアクティブ面250の完全
な被覆を保証する。メニスカス260はアクティブ面2
50を環境汚染から保護するためにデバイス230の周
辺の回りに連続的な封入を提供する。接着剤220に含
まれているフラックス剤ははんだバンブ240および金
属化パターン210を覆う。
つ接続される集積回路として描いているが、はんだバン
プを有する他のタイプの表面実装要素を用いた実施例も
本発明の範囲内であることを理解すべきである。
ーされ、フラックス剤が活性化されるようにし、はんだ
240および金属化面210の上の酸化物を減らし、か
つはんだの金属への合金化を許容する。リフロー処理の
間、接着剤(adhesive)220は固形に硬化さ
れる。使用された接着システムの化学に応じて、接着剤
220を完全に硬化するためにキュア後の第2の操作が
必要とされるかもしれない。リフロー/キュア段階の間
に、デバイスは接着剤により封入される。メニスカス2
40はアクティブ面250を環境汚染から保護するため
のデバイス230の周辺回りの連続的な封入を提供する
から、これ以上のクリーニングまたは封入操作は必要で
ない。
ものであり、かつ不当にその範囲を限定することを意図
するものではない。
料が準備された。 成分
重量% Furane 89
303エポキシ、パートA 41
リンゴ酸
4.6 Furane 89303
エポキシ、パートB 54.4
ートAはアメリカ合衆国、カリフォルニア州、ロサンゼ
ルスのFurane Products Comp
anyから入手可能なビィスフェノールA−エピクロロ
ヒドリン型のエポキシ樹脂である。それは半導体装置を
封入する用途のために処方されている。Furane
89303エポキシ、パートBはこれもまたFura
ne Products Companyから入手
可能な無水物硬化剤またはハードナーである。他のタイ
プの2材料(パート)エポキシもまた本発明の範囲内で
所望の結果を達成するために使用できる。等価な材料が
Hysol、Amicon、およびReichhold
Chemicalのような会社から入手可能である
。
ミニウムの平なべに入れられる。混合物は、溶液がクリ
アになるまで、かき混ぜながら約150℃に加熱された
。該溶液は室温まで冷却され、パートBが平なべに添加
され、かつ混合物は一様になるまでかき混ぜられた。 混合物の一部が銅被覆されたポリイミドフィルム上にへ
らでコーティングされ、かつ低温はんだ(63%錫、3
7%鉛)の球体が前記混合物の表面に置かれた。ポリイ
ミドフィルムがはんだ球のリフローを保証するために1
85℃を越える温度まで加熱された。約30秒の後、ポ
リイミドフィルムは熱源から除去されかつ室温まで冷却
された。はんだ球は30倍の顕微鏡の下で調べられリフ
ローの程度および球体の銅へのおよびまたお互いへのウ
エット状態が判定された。
るよう合体し、一方残りは合体せず明白な球体として留
まっていた。このことははんだが完全なリフローを保証
するために十分にウエットされていないことを示した。 ポリイミドフィルムの銅表面は接着剤が銅に接触してい
る所でつやがありかつ輝いており、銅酸化物の除去を示
していた。接着材料は堅くかつ銅に強固に接合している
ことが判明した。接着剤の差動走査熱量測定の試験によ
り接着剤が硬化したことが示された。
方に従って準備された。 成分
重量% Fura
ne 89303エポキシ、パートA
43.3 リンゴ酸
11.4 Fura
ne 89303エポキシ、パートB
45.3実例2が前記と同様にして製作されかつ
試験された。結果はおよそ70%のはんだ球が単一の塊
に合体したことを示した。
方に従って準備された。 成分
重量% Fura
ne 89303エポキシ、パートA
41 リンゴ酸
16 Furane
89303エポキシ、パートB 4
3実例3が前記と同様にして製作されかつ試験された。 結果はすべてのはんだ球が単一の塊に合体し、はんだの
完全なかつ全部のウエッティングを示した。
方に従って準備された。 成分
重量% Shel
l Epon 825エポキシ樹脂
50 リンゴ酸
7 メチルヘキサハ
イドロフタリック無水物
42 イミダゾール
1
acid)およびエポキシがアルミニウムの平なべに入
れられた。混合物は、溶液がクリアになるまで、かき混
ぜながら約150℃まで加熱された。該溶液は室温まで
冷却され、メチルヘキサハイドロフタリック無水物(m
ethylhexahydrophthalic a
nhydride)およびイミダゾールが平なべに加え
られ、かつ混合物は一様になるまでかき混ぜられた。
れた。結果は75%のはんだ球が単一の塊に合体したこ
とを示し、はんだの不完全なウエッティングを示した。 これははんだが完全なリフローを保証するために十分に
ウエットされていないことを示した。ポリイミドフィル
ムの銅表面は接着剤が銅に接触している所ではつやがあ
りかつ輝いており、銅酸化物の除去を示していた。Sh
ell Epon 825エポキシ樹脂は175−
180のエポキシ等価量、および25℃において550
0−6500センチポイズの粘性を有する高純度ビスフ
ェノールA−エピクロロヒドリンのエポキシ樹脂である
。それはアメリカ合衆国、テキサス州、ヒューストンの
Shell Chemical Companyか
ら入手可能であり、かつイミダゾールはアメリカ合衆国
、ニュージャージ州、ニューワークの、Anhydri
de and Chemicals,Inc.から
入手可能である。
方に従って準備された。 成分
重量%
Furane 89303エポキシ、パートA
43.5 リンゴ酸
12.5
Furane 89303エポキシ、パートB
44実例5が上記と同様にして製作され
かつ試験された。結果はすべてのはんだ球が単一の塊に
合体したことを示し、はんだの完全なかつ全部のウエッ
ティングを示した。実例3に比較してより少ない量のフ
ラックス剤の使用が好ましいし実施例となることが決定
された。
はんだバンプされた出力端子を受け入れるために金属化
された5つの試験用基板をコーティングするために使用
された。バンプされた集積回路が実施例に述べられたよ
うにリフローされ、かつ電気的に試験された。全ての5
つの回路は電気的試験に合格した。はんだ付けされたア
センブリは次に交互に熱い液体バスおよび冷たい液体バ
スに浸すことにより熱サイクルにさらされた。加熱され
たバスの温度は125℃でありかつ冷たいバスの温度は
−55℃であり、はんだ付けされたアセンブリは各々の
バスに1分間留められその後直ちに他のバスに移された
。アセンブリは1,5,10,25,50,100,1
25,175,および200の熱サイクルの後同じ電気
的試験体制に提出された。すべての5つのアセンブリは
175の熱サイクルを経た電気的試験に合格し、1つの
アセンブリが200サイクルで試験に不合格となった。
路のはんだバンプされた出力端子を受け入れるために金
属化された3つの試験用基板をコーティングするために
使用された。バンプされた集積回路は実施例に述べたよ
うにリフローされ、かつ機械的試験に付された。力測定
用ツールのかなとこ(anvil)が集積回路の側部に
対して配置されかつ集積回路を基板から取り外すのに必
要な力が記録された。その力は3.8から4.7ニュー
トンにおよび、平均の力は3.9ニュートンであった。
クス特性を有する接着剤が表面実装コンポーネント、特
にフリップチップ集積回路、をはんだリフローしかつ封
入するために使用することができ、集積回路のアクティ
ブ面の完全な環境的保護を提供する。
の断面的正面図である。
スを示す断面的正面図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 電気的コンポーネントおよびコンポー
ネント装着基板の間の電気的および機械的相互接続を行
う方法であって、金属化パターンを有する基板を提供す
る段階、はんだバンプをそこに有する電気的コンポーネ
ントを提供する段階、フラックス剤を含む接着材料を前
記基板または前記コンポーネントに付加する段階、前記
基板上に前記コンポーネントを位置付ける段階、そして
前記はんだバンプをリフローする段階であって、前記フ
ラックス剤がはんだの基板金属化パターンへの接着を促
進しかつ前記接着材料が硬化されて機械的に前記基板と
前記コンポーネントを相互接続するもの、を具備するこ
とを特徴とする電気的コンポーネントおよびコンポーネ
ント装着基板の間の電気的および機械的相互接続を行う
方法。 - 【請求項2】 前記はんだをリフローする段階は、前
記接着材料を第1の温度で加熱してはんだリフローを行
う段階であって、前記フラックス剤が前記はんだバンプ
のリフローを促進するもの、そして前記接着材料を第2
の温度で加熱して前記接着材料の硬化を行う段階、を具
備することを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 電気的コンポーネントおよび基板を相
互接続するためのはんだリフローに使用するためのフラ
ックス剤を有する接着材料であって、熱硬化樹脂、フラ
ックス剤、および硬化剤を具備することを特徴とするフ
ラックス剤を有する接着材料。 - 【請求項4】 前記フラックス剤は次の式 を有す
る化合物を具備し、この場合Rは電子吸引グループであ
ることを特徴とする請求項3に記載の接着材料。 - 【請求項5】 前記Rはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素
、硫黄、水酸基、ニトリル、およびベンジルからなるグ
ループから選択されることを特徴とする請求項3に記載
のフラックス剤。 - 【請求項6】 前記フラックス剤はリンゴ酸であるこ
とを特徴とする請求項3に記載の接着材料。 - 【請求項7】 前記接着材料におけるフラックス剤の
割合は前記接着材料の約0.1から約16重量%の範囲
であることを特徴とする請求項3に記載の接着材料。 - 【請求項8】 複数の電気的終端部を有する電気的コ
ンポーネントであって、各終端部ははんだバンプを含む
もの、前記電気的コンポーネントの終端部に対応する複
数の電気的終端部を有するコンポーネント装着基板、前
記電気的コンポーネントを前記基板に機械的に接続する
ための接着材料であって、エポキシ樹脂、硬化剤、そし
てフラックス剤、を具備するもの、を具備し、前記接着
材料は前記電気的コンポーネントおよび基板の間に配置
されかつこれらを接合し、前記はんだバンプはリフロー
されかつ前記電気的コンポーネントを基板に電気的に接
続することを特徴とする、電気的コンポーネントアセン
ブリ。 - 【請求項9】 前記フラックス剤は次の式 を有す
る化合物を具備し、この場合Rはフッ素、塩素、臭素、
ヨウ素、硫黄、水酸基、ニトリル、およびベンジルから
なるグループから選択された電子吸引グループであるこ
とを特徴とする請求項8に記載の電気的コンポーネント
アセンブリ。 - 【請求項10】 前記化合物はリンゴ酸であることを
特徴とする請求項9に記載の電気的コンポーネントアセ
ンブリ。
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