(57)【要約】  【課題】  無鉛リフロープロファイルの苛酷な条件に耐えうる熱可塑性膨張性アンダーフィルを開発する。  【解決手段】  無鉛電子部材を基板に付与する際に使用するＢ段階処理可能なまたはプレフォームフィルムアンダーフィル封止材組成物。本発明組成物は、膨張性マイクロスフェア、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、潜在性触媒、および溶剤を含む。所望により、多様な他の添加剤、たとえば接着促進剤、流動性添加剤および流動調節剤を添加することもできる。このアンダーフィル封止材を乾燥またはＢ段階処理して、平滑な非粘着性コーティングを基板または電子部材上に付与することができる。他の態様において、アンダーフィル封止材はプレフォームフィルムである。両態様とも、高い温度を付与すると膨張性充填剤が膨張して、アセンブリーの目的部分にクローズドセルフォーム構造を形成する。  【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）１種類以上の膨張性充填剤；
ｂ）熱可塑性ポリマー樹脂；
ｃ）熱硬化性樹脂；
ｄ）少なくとも１種類のイミダゾール酸塩を含む潜在性触媒；および
ｅ）少なくとも１種類の溶剤
を含む、無鉛の適合性および膨張性アンダーフィル封止材。
【請求項２】
１種類以上の膨張性充填剤が、マイクロスフェア、膨張性バルーン、およびその混合物よりなる群から選ばれる、請求項１に記載の封止材。
【請求項３】
１種類以上の膨張性充填剤が封止材の約０．０２〜約１０重量％の範囲で含まれる、請求項２に記載の封止材。
【請求項４】
１種類以上の膨張性充填剤が封止材の約０．１〜約５重量％の範囲で含まれる、請求項３に記載の封止材。
【請求項５】
１種類以上の膨張性充填剤が、約１５０℃を超える温度に暴露された際に膨張する、請求項２に記載の封止材。
【請求項６】
封止材がＢ段階処理可能である、請求項１に記載の封止材。
【請求項７】
封止材がＢ安定ペースト、プレパターンペースト、プレフォーム積層フィルム、プレパターンフィルム、またはフィルムである、請求項６に記載の封止材。
【請求項８】
封止材を電子部材または基板に予め付与できる、請求項７に記載の封止材。
【請求項９】
封止材を電子部材にスクリーン印刷、スピンコーティング、ステンシル印刷、またはニードルによる計量分配により付与することができる、請求項８に記載の封止材。
【請求項１０】
熱可塑性樹脂が連鎖延長エポキシ選択フェノキシ樹脂である、請求項１に記載の封止材。
【請求項１１】
熱可塑性樹脂が封止材の約１０〜約９０重量％の範囲で含まれる、請求項１０に記載の封止材。
【請求項１２】
熱可塑性樹脂が封止材の約５０〜約９０重量％の範囲で含まれる、請求項１１に記載の封止材。
【請求項１３】
熱硬化性樹脂が、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシラート、ビニルシクロヘキセンジオキシド、３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシラート、ジシクロペンタジエンジオキシド、ビスフェノールＡエポキシ樹脂、ビスフェノールＦエポキシ樹脂、エポキシノボラック樹脂、ポリ（フェニルグリシジルエーテル）−ｃｏ−ホルムアルデヒド、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン−フェノールエポキシ樹脂、ナフタレンエポキシ樹脂、エポキシ官能性ブタジエンアクリロニトリルコポリマー、エポキシ官能性ポリジメチルシロキサン、およびその混合物よりなる群から選ばれる、請求項１に記載の封止材。
【請求項１４】
熱硬化性樹脂が封止材の約１〜約４０重量％の範囲で含まれる、請求項１３に記載の封止材。
【請求項１５】
熱硬化性樹脂が封止材の約１〜約１５重量％の範囲で含まれる、請求項１４に記載の封止材。
【請求項１６】
触媒が封止材の約１〜約１５重量％の範囲で含まれる、請求項１に記載の封止材。
【請求項１７】
触媒が封止材の約１〜約６重量％の範囲で含まれる、請求項１６に記載の封止材。
【請求項１８】
少なくとも１種類の溶剤が、安定であって組成物中の熱可塑性樹脂および／または熱硬化性樹脂を溶解する溶剤よりなる群から選ばれる、請求項１に記載の封止材。
【請求項１９】
少なくとも１種類の溶剤が、エステル、アルコール類、エーテル類およびプロピレングリコールメチルエーテルアセテートならびにその混合物よりなる群から選ばれる、請求項１８に記載の封止材。
【請求項２０】
少なくとも１種類の溶剤が、プロピレングリコールメチルエーテルアセテートおよびその混合物を含む、請求項１９に記載の封止材。
【請求項２１】
溶剤が封止材の最高約８０重量％で含まれる、請求項１８に記載の封止材。
【請求項２２】
封止材がさらに、界面活性剤、カップリング剤、反応性希釈剤、脱泡剤、流動性添加剤、接着促進剤、無機充填剤およびその混合物よりなる群のうち１種類以上を含む、請求項１に記載の封止材。
【請求項２３】
界面活性剤、カップリング剤、反応性希釈剤、脱泡剤、流動性添加剤、接着促進剤、無機充填剤が、封止材の約０．０１〜約５重量％の範囲で含まれる、請求項２２に記載の封止材。
【請求項２４】
界面活性剤が、有機アクリルポリマー、シリコーン、エポキシシリコーン、ポリオキシエチレン／ポリオキシプロピレンブロックコポリマー、エチレンジアミン系ポリオキシエチレン／ポリオキシプロピレンブロックコポリマー、ポリオール系ポリオキシアルキレン、脂肪アルコール系ポリオキシアルキレン、脂肪アルコールポリオキシアルキレンアルキルエーテルおよびその混合物よりなる群から選ばれる、請求項２２に記載の封止材。
【請求項２５】
請求項１に記載の膨張性アンダーフィル組成物を含む電子部材。
【請求項２６】
アンダーフィルをＢ段階処理して、平滑な非粘着性コーティングを電子部材上に形成する、請求項２４に記載の電子部材。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、１種類以上の膨張性充填剤を含有する無鉛（lead-free）アンダーフィル封止材、およびそれを電子デバイスに付与（application）する方法に関する。
【０００２】
発明の背景
本発明は、１種類以上の膨張性充填剤を含有する無鉛リフロー（reflow）プロセス用のアンダーフィル封止材配合物に関する。封止材は、マイクロエレクトロニクスデバイスにおいて電子部材と基板のインターコネクションを保護および強化するために使用される。マイクロエレクトロニクスデバイスは多数のタイプの電気回路部材を含み、それらは主に集積回路（ＩＣ）チップにおいて互いに組み立てられたトランジスターであるが、抵抗体、コンデンサーその他の部材も含む。これらの電子部材はインターコネクトして回路を形成し、最終的に支持体または基板、たとえばプリント配線板に接続し、支持される。集積回路部材は、1個の裸チップ、1個の封入チップ、または複数チップの封入パッケージを含むことができる。1個の裸チップをリードフレームに接続し、次いでこれを封止し、そしてプリント配線板に接続するか、あるいは1個の裸チップをプリント配線板に直接接続することができる。これらのチップは、最初は複数のチップを含む半導体ウェーハとして形成される。この半導体ウェーハを目的に従って個々のチップまたはチップパッケージに細断（dice）する。
【０００３】
部材がリードフレームに接続した裸チップであるか、またはプリント配線板その他の基板に接続したパッケージであるかにかかわらず、電子部材上の端子と基板上の対応する端子の間に接続が行われなければならない。これらの接続を行う１方法には、部材端子または基板端子にバンプとして付与されたポリマー材料または金属材料を使用する。端子をアライン（align）して互いに接触させ、得られるアセンブリーを加熱して金属材料またはポリマー材料をリフローさせ、そして接続部を凝固させる。
【０００４】
電子アセンブリーは、それの普通の有効寿命中に温度上昇と下降のサイクルを受ける。電子部材、インターコネクション材料および基板の熱膨張率の相異のため、この熱サイクルがアセンブリーの部材に応力を及ぼし、アセンブリーを破損させる可能性がある。この破損を防ぐために、部材と基板の間隙をポリマー封止材（以下、アンダーフィルまたソルダーフィル封止材と呼ぶ）で充填して、インターコネクト材料を強化し、かつ熱サイクルの応力をある程度吸収させる。アンダーフィル技術の２つの主用途は、チップパッケージを基板に結合させるチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）およびチップをインターコネクションのアレイにより基板に結合させるフリップ−チップパッケージとして工業界で知られている、パッケージ強化用である。アンダーフィルの他の機能は、部材を衝撃または振動などの機械的ショックに対して強化することである。これは、誤って落としたり、その他の形で使用中に応力を受けることが予想されるセル電話など携帯用電子デバイスの耐久性にとって特に重要である。
【０００５】
一般的な毛管流によりアンダーフィルを付与する場合、アンダーフィルの分配および硬化は、金属またはポリマーのインターコネクトのリフロー後に行われる。この方法では、まず基板上の金属パッド上にフラックスを付与する。次いでこのフラックス付与領域のソルダー付け部位の上にチップを配置する。次いで、ソルダー接合部をリフローするためにアセンブリーを加熱する。この時点で、計量した量のアンダーフィル封止材を電子アセンブリーの１以上の周辺に沿って分配すると、部材と基板の間隙の毛管作用により材料が内部へ引き込まれる。応力集中の軽減を補助し、組み立てられた構造体の疲れ寿命を延長するために、間隙が充填された後に追加のアンダーフィル封止材をアセンブリー周辺全体に沿って分配してもよい。その後、アンダーフィル封止材を硬化させて、その最適最終特性に到達させる。毛管アンダーフィルの欠点は、それの付与に余分な数工程を必要とし、したがって大量生産には不経済なことである。
【０００６】
最近、ノーフローアンダーフィルを使用し、組立て部位に部材を配置する前にノーフローアンダーフィルをその部位に直接コーティングすることによりこのプロセスを合理化し、効率を高める試みがなされている。部材を配置した後、アセンブリー全体をリフローオーブンに通すことにより、部材を基板上の金属接続部にソルダー付けする。このプロセスでアンダーフィルが溶融してソルダーと金属パッドを結合し、基板とアンダーフィルの間にインターコネクト接合部を形成する。このノーフローアンダーフィル法の限界のひとつは、アンダーフィル内の過度のボイド形成を避けるために基板および部材を予備乾燥しなければならないことである。ボイド形成は、ソルダー押出しを引き起こし、最終的には他の接続部への短絡を形成する可能性がある。したがって、組立て前に基板を乾燥させ、次いで乾燥した保管場所に保管しなければならない。このプロセスは大量生産には不都合である。
【０００７】
エレクトロニクスデバイスにおける最近の傾向は、無鉛ソルダーへと移行している。さまざまな政府規制および環境への関心のため、無鉛ソルダーが伝統的な共融ソルダーに取って代わりつつある。インターコネクション用の無鉛ソルダーは、共融ソルダーと異なる方法を必要とする。共融ソルダーの液化温度は１８３℃であるが、無鉛ソルダーの液化温度は２１７℃以上である。さらに、共融ソルダーのリフローピーク温度は２２０℃であるが、無鉛ソルダーのリフローピーク温度は２４５〜２５５℃である。したがって、このより高い温度のため、無鉛プロセスを用いるアンダーフィルには異なる対処法が必要である。
【０００８】
プレアプライドアンダーフィル封止材として有用であるためには、アンダーフィルは幾つかの重要な特性をもたなければならない。第１に、アセンブリー全体が一定のコーティングをもつために、その材料は容易に均一に付与されなければならない。アンダーフィル封止材は、Ｂ段階処理可能（B-stageable）である（これは、最少の残留溶剤で平滑な非粘着性のコーティングを提供するために、アンダーフィルがＣＳＰ部材上に配置された後に凝固しなければならないことを意味する）か、あるいはフィルムに成形できなければならない。さらに、加工に際して一般的なアンダーフィル材料を均一に付与するのはしばしばきわめて困難である。
【０００９】
アンダーフィル封止材が早期硬化しないように、Ｂ段階処理（B-stage）プロセスは通常は約１５０℃より低い温度で行われる。アンダーフィル封止材の最終硬化は、無鉛ソルダーを溶融させてインターコネクションを形成する（約２１７℃の温度で行われる）後まで遅延しなければならない。アンダーフィルの最終硬化は、ソルダーバンプが流動してインターコネクションを形成した後、速やかに行われなければならない。すみ肉（fillet）形成を可能にし、チップもしくはチップパシベーション層、基板またはソルダーマスクとソルダー接合部とを良好に接着するために、基板への各チップのこの最終結合に際してアンダーフィル封止材は流動しなければならない。
【００１０】
無鉛リフロープロファイルの苛酷な条件に耐えうる一般的な熱可塑性発泡性アンダーフィルはない。無鉛リフロープロセス下では、一般的な熱可塑性発泡性アンダーフィルは溶融し、フォーム構造が破壊する。一般的な熱硬化性発泡性アンダーフィルも、第１および第２レベルの組立要件を満たさない。本発明は、これらの一般的な限界を克服する。本発明は、前記の加工および組立ての限界を克服し、無鉛組立の要件を満たし、高収率を伴う。
【００１１】
発明の概要
本発明は、電子部材、最も一般的にはチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）を基板に付与する際に用いられるＢ段階処理可能なまたはプレフォームしたアンダーフィル封止材組成物に関する。本発明はさらに、無鉛リフロープロセスに適合する。この組成物は膨張性充填剤、熱可塑性樹脂、熱架橋性樹脂、潜在性触媒、好ましくはイミダゾール酸塩、溶剤、ならびに所望によりフラックス剤（Fluxing agent）および／または湿潤剤を含む。所望により、多様な他の添加剤、たとえば接着促進剤、流動性添加剤（flow additive）および流動調節剤（rheology modifier）を添加することもできる。アンダーフィル封止材をＢ段階処理可能として、平滑な非粘着性コーティングを基板または電子部材上に付与することができる。他の態様において、アンダーフィル封止材はプレフォームフィルムである。両態様とも、高い温度（無鉛ソルダーリフロー温度）に暴露されると膨張性充填剤が膨張して、アセンブリーの目的部分にクローズドセルフォーム構造を形成する。ＣＳＰの一部に、たとえば外周に、ソルダーバンプ間に別々のドットとして、またはソルダーバンプの列間に格子パターンで、選択的にアンダーフィルを付与することができる。
【００１２】
発明の詳細な記述
本発明は、パッケージに付与する無鉛アセンブリー用のアンダーフィルにとって重要である適切な取扱い特性、加工特性および物理的特性を備えた配合物に関する。本発明組成物は、パッケージのソルダーボール周囲に緻密なクローズドセルフォーム構造を形成し、これによりソルダー接合部の機械的統合性、全般的なＣＳＰ信頼性、およびパッケージの耐落下性（drop performance）を改善する。本発明のポリマーマトリックスは無鉛リフロー暴露されると架橋し、この架橋網状構造が膨張した充填剤を高いリフロー温度条件での破壊から保護する。
【００１３】
好ましい態様のアンダーフィル封止材は、高い温度で膨張しうる少なくとも１種類の膨張性充填剤、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、潜在性触媒、および１種類以上の溶剤を含む。所望により、フラックス、脱泡剤（air release agent）、流動性添加剤、接着促進剤、流動調節剤、界面活性剤、無機充填剤その他の成分を含有してもよい。これらの成分は、具体的には個々の樹脂の使用について目的とする特性バランスを得るように選ばれる。溶剤は、樹脂（１以上）を溶解し、これにより組成物を液体としてスピンコーティング、スクリーン印刷またはステンシル印刷によりＣＳＰパネルに付与するのに適切な粘度をもつペースト状にするように選ばれる。アンダーフィル系を固体（solid）プレフォーム積層フィルムとして付与することもできる。
【００１４】
アンダーフィル中に使用する膨張性充填剤は、目的領域を充填するクローズドセルフォームを生成するのに十分なものでなければならない。しばしば、目的領域はソルダー接合部を取り巻く全表面領域、またはアセンブリーの外周を囲む線である。好ましい膨張性充填剤は、膨張性熱可塑性マイクロバルーン、たとえばＡｋｚｏ  Ｎｏｂｅｌ（スウェーデン）から０９８  ＤＵＸ  １２０、０９１  ＤＵ、０９２  ＤＵ、および０９５  ＤＵとして市販されているものである。これらのマイクロスフェアはイソオクタンで満たされ、低い温度で安定である。これらのマイクロバルーンは、アンダーフィルのＢ段階処理が行われる温度１６０℃より低い温度では膨張しない。マイクロスフェアは、発泡するとアンダーフィルマトリックス内にクローズドセル構造を形成する。気泡構造を生成すると期待できる他の材料には、化学的発泡剤が含まれる。
【００１５】
本発明のアンダーフィル組成物中に使用するのに適切な熱可塑性樹脂の例には、高分子量フェノキシ樹脂が含まれる。その例は、Ｉｎｃｈｅｍから商品名ＰＫＨＣ、ＰＫＨＨ、ＨＣおよびＨＨとして得られるもの、またはこれらと液体エポキシ樹脂のブレンドである。
【００１６】
熱硬化性樹脂は、膨張した気泡をマトリックス内に固定し、それらを高い温度による破壊から保護するのに十分なほど、架橋されなければならない。当技術分野で理解されているように、架橋は元素、分子基、または化合物の橋による２つのポリマー鎖の結合であり、一般に加熱に際して起きる。熱架橋性樹脂の例は、エポキシ系樹脂である。好ましいエポキシ系樹脂は、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシラート、ビニルシクロヘキセンジオキシド、３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシラート、ジシクロペンタジエンジオキシド、ビスフェノールＡエポキシ樹脂、ビスフェノールＦエポキシ樹脂、エポキシノボラック樹脂、ポリ（フェニルグリシジルエーテル）−ｃｏ−ホルムアルデヒド、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン−フェノールエポキシ樹脂、ナフタレンエポキシ樹脂、エポキシ官能性ブタジエンアクリロニトリルコポリマー、エポキシ官能性ポリジメチルシロキサン、およびその混合物である。
【００１７】
エポキシ官能基は潜在性触媒による触媒作用を受ける。この触媒は、膨張した気泡をマトリックス内に固定してそれらを高い温度による破壊から保護するのに十分なほど、熱硬化性樹脂を架橋しなければならない。触媒の反応性は重要である。材料はまずＢ段階処理を経るので、触媒は１５０℃までは潜在性をもたなければならない。予想外に、必要な有益性を提供するために好ましい潜在性触媒はイミダゾール酸塩であると判定された。
【００１８】
溶剤は、組成物の粘度を調節するために用いられる。好ましくは、溶剤は１５０℃より低い温度で行われるＢ段階処理プロセスで、またはフィルムの形成の際に、蒸発するであろう。エポキシ樹脂およびフェノール樹脂を容易に溶解する一般的な溶剤を使用できる。使用できる溶剤の例には、安定であって組成物中のエポキシ樹脂およびフェノール樹脂を溶解するエステル類、アルコール類、エーテル類、および他の一般的な溶剤が含まれる。好ましい溶剤には、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）が含まれる。膨張性マイクロスフェアを一部でも溶解する溶剤は避けるべきである。
【００１９】
アンダーフィルの膨張性充填剤成分は、Ｂ段階処理可能な組成物の約０．０２〜約１０重量％、好ましくは約０．１〜約５重量％の範囲で含まれる。アンダーフィルの熱可塑性成分は、Ｂ段階処理可能な組成物の約１０〜約９０重量％、好ましくは約５０〜約９０重量％の範囲で含まれる。アンダーフィルの熱架橋性樹脂成分は、Ｂ段階処理可能な組成物の約１〜約４０重量％、好ましくは約１〜約１５重量％の範囲で含まれる。アンダーフィルの潜在性触媒成分は、Ｂ段階処理可能な組成物の約１〜約１５重量％、好ましくは約１〜約６重量％の範囲で含まれる。アンダーフィルの溶剤成分は、Ｂ段階処理可能な組成物の約５〜約８０重量％、好ましくは約３０〜約８０重量％の範囲で含まれる。最後に、任意成分、たとえば界面活性剤、脱泡剤、流動性添加剤、流動調節剤、化学発泡剤、および接着促進剤は、Ｂ段階処理可能な組成物の約０．０１〜約５重量％の範囲で組成物に添加できる。
【００２０】
好ましい態様において、組成物は初期凝固し、これにより基板に結合すべき電子部材上に平滑な非粘着性コーティングを生成することができる。膨張性充填剤を含有する組成物をＢ段階処理可能な液体として使用するためには、組成物をチップのパネルアレイ上に、または個々のチップ上に、スクリーン印刷、スピンコーティング、ステンシル印刷、またはニードルでソルダーバンプの列間に分配することにより、直接付与する。チップ（１以上）またはコーティングを初期のＢ段階処理温度に加熱し、組成物をＢ段階処理凝固させる。Ｂ段階処理凝固は、好ましくは約６０〜約１５０℃の温度で行われる。好ましくは、この加熱によって平滑な非粘着性のコーティングが生成し、マイクロスフェアの膨張は起きない。Ｂ段階処理プロセスの後、平滑な非粘着性の固体コーティングがＣＳＰパネル上に得られ、ＣＳＰパネルを個々のＣＳＰに確実に清浄細断できる。コーティングの厚さは、好ましくはソルダーバンプの直径の約１５〜３０％である。Ｂ段階処理加熱に続いて、ソルダーバンプをプラズマエッチングし、または溶剤で拭き取って、整合機（ｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｍａｃｈｉｎｅ）における部材認識を容易にすることができる。Ｂ段階処理された組成物を含むチップを、ソルダーバンプが金属パッド接続部上に位置するように基板上に配置する。部材の適正な配置を維持するために、かつフラクシングおよびソルダー接合部形成を促進するために、ソルダーペーストまたは標準フラックスを使用する必要がある。最終凝固は、無鉛ソルダーリフロー温度プロファイルに暴露した際に起きる。無鉛ソルダーについては、インターコネクションの形成はソルダーの融点２１７℃より高い温度で起きる。アセンブリー全体を最高２４５〜２５５℃の温度の無鉛リフロープロファイル下で加熱する。この２回目の加熱により、基板とチップの間にインターコネクションが形成され、かつマイクロスフェアが膨張して部材と基板の間隙が充填される。
【００２１】
他の好ましい態様において、組成物はプレフォーム積層フィルムである。本発明のアンダーフィル封止材を積層フィルムとして使用するためには、フィルムをキャリヤーフィルム上でプレキャストし、次いで膨張性充填剤の膨張開始温度より低い温度で乾燥またはＢ段階処理する。次いでこのフィルムを部材の全領域に、フィルムの軟化温度で真空積層する。最後に、プラズマエッチングにより、または溶剤で拭き取ることにより、ソルダーを清浄にすると、部材は配置できる状態になる。あるいは、レーザーアブレーションまたは打抜き（die-cutting）など多様な方法でフィルムをプレパターン化して種々の形状、たとえば格子、メッシュ、細いストリップ、または方形ボックスパターンにし、そして部材上に配置または積層することができる。この方法で、ソルダーバンプとアンダーフィルの接触を避け、したがってプラズマエッチングの必要性を除くことができる。配置した後、部材をリフローさせると、膨張性充填剤が膨張してクローズドセル構造になる。Ｂ段階処理付与および積層フィルム付与の両方とも、部材を配置する前にソルダーペーストをステンシル印刷しておく必要がある。
【００２２】
他の態様において、本発明は無鉛リフロープロセスの第１および第２レベル組立要件を満たすことができる。第１レベル組立とは、ＣＳＰパネルを個々のＣＳＰに細断する前に、バンプ付与したＣＳＰパネル上にアンダーフィルを付与することを表わす。部材を個々のＣＳＰに細断した時点で、水分を除去して電気的性能を保証するためのバーンイン（burn-in）条件の一部として、それらを１２５℃で最高４８時間コンディショニングする。本発明は、第１レベル組立要件を満たす：１２５℃で２４〜４８時間、潜在性を維持する；周囲条件下で１年間、貯蔵安定性が持続する；貯蔵期間中、低い吸湿性を維持する；および組立てに際して１００％発泡／膨張機能を保持する。第２レベル組立要件とは、ＰＣＢへのＣＳＰのインターコネクションを表わす。本発明は、無鉛リフロープロセス下での第２レベル組立要件を満たす：１００％インターコネクション収率が可能である；ソルダー接合部の熱的および機械的信頼性が改善される；３回の無鉛リフロー暴露後もクローズドセル構造を保持する。
【００２３】
図１は、リフロー後の膨張性充填剤の膨張を示す。電気部材１にまずＢ段階処理されたまたはフィルム層状のアンダーフィル２およびソルダーバンプ３を付与する。リフロー後、電気部材と基板４のアセンブリーは、クローズドセル構造５を含む膨張したアンダーフィル２Ａをもつ。図１においてアンダーフィルは、部材と基板の間にあるソルダーバンプの中および周囲の実質的にすべての領域を充填している。図２は、アンダーフィル２を部材１の外周に付与した他のアンダーフィル付与法を示す。リフロー後の部材の外周にあるクローズドセル構造をもつ膨張したアンダーフィル２Ａを示す。
【００２４】
本発明は以下の実施例を参照することによってより良く理解できる。
【００２５】
実施例１．アンダーフィル組成物を下記に従って調製した。溶剤と熱可塑性樹脂の混合物を、プロペラ撹拌機付き混合容器に添加する。次いで熱硬化性樹脂を溶解するまで容器に添加する。次いで膨張性充填剤および触媒を添加し、均一になるまで５〜１０分間混合する。次いで、気泡の真空除去を促進するために界面活性剤を添加する。混合物を真空チャンバーで＞２８  ｉｎＨｇの圧力において５分間脱泡する。得られたアンダーフィルの配合を表１に示す。
【００２６】
【表１】
2006222422.tif 000002
【００２７】
１  ０９８  ＤＵＸ  １２０、Ａｋｚｏ  Ｎｏｂｅｌから入手；
２  ＰＫＨＳ−３０ＰＭＡ、フェノキシ樹脂とプロピレングリコールメチルエーテルアセテートのブレンド、Ｉｎｃｈｅｍから入手；
３  ＥＰＯＮ  ８３６、エポキシ樹脂、Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓから入手；
４  Ｖｅｓｔｏｇａｎ  Ｂ−６８、イミダゾール酸塩触媒、Ｄｅｇｕｓｓａから入手；
５  ＢＹＫ  Ａ−５００、脱泡用添加剤、ＢＹＫ  Ｃｈｅｍｉｅから入手。
【００２８】
次いで配合物をチップに付与し、１２５℃で３０分間、Ｂ段階処理した。両方ともチップ上に平滑な非粘着性のコーティングを生成した。次いで各配合物をプレアプライド（第１レベル）および無鉛ＣＳＰデバイス（第２レベル）組立プロセスについて試験した。１２５℃で２４〜４８時間の潜在性要件を試験するために、Ｂ段階処理配合物Ａを熱老化させた。アンダーフィルを１２５℃で熱老化させた後、それらを無鉛リフロープロセス条件下でリフローさせた。無鉛リフロー条件は、１６０℃で１：５３秒、直後に２６０℃で１：０７秒からなっていた。熱老化材料について、乾燥およびリフローしたフィルムの厚さ値および膨張率％を表２に挙げる。
【００２９】
【表２】
2006222422.tif 000003
【００３０】
表２に示すように、配合物Ａについては、２４および４８時間の熱老化は両方とも、老化していないアンダーフィルと同様なレベルの膨張率を示した。配合物Ａは、１２５℃で最高４８時間はレベル１組立の加工条件を満たすのに十分なほど安定であり、レベル２の無鉛組立におけるその性能を犠牲にすることはない。これに対し配合物Ｂは、リフロー後の膨張率が最小である。配合物Ｂについては、架橋したマトリックスがないため、無鉛リフロー条件下でマイクロバルーンが破壊された。
【００３１】
配合物Ａの性能特性は、第１レベル組立要件を満たすのに必要なすべての特性を示した。貯蔵安定性、水分暴露、および性能特性の結果を表３に挙げる。配合物Ａは、１２５℃に暴露して４８時間後も１００％発泡／膨張機能を維持できる。図３のＤＳＣ曲線に示すように、この材料は１２５℃で２４および４８時間の熱老化後ですら反応性を示す。ＤＳＣスキャンは、２４時間老化材料（図３、スキャンＢ）および４８時間老化材料（図３、スキャンＣ）の両方のエンタルピーが非老化材料（図３、スキャンＡ）と同様であることを示す。配合物Ａはピーク発熱温度の変化を示すが、この材料は１２５℃で２４〜４８時間の熱老化後もなお反応性である。
【００３２】
【表３】
2006222422.tif 000004
【００３３】
＊  ６０℃で１６８時間の暴露；
＊＊  ８５℃／８５％相対湿度で７日間の暴露。
【００３４】
次いで第１レベルを第２レベル組立のためにＰＣＢに結合させた。このアンダーフィル材料は第２レベル組立要件もすべて満たすことができる。この材料は無鉛ソルダーリフロー条件下で１００％のインターコネクションを形成した。配合物Ａを、落下試験によりソルダー接合部の熱的および機械的信頼性についても試験した。表４にまとめるように、アンダーフィルを付与していない対照と比較して落下性能は３．２倍改善された。したがって本発明のアンダーフィルは、ソルダー接合部の熱的および機械的信頼性を改善した。
【００３５】
【表４】
2006222422.tif 000005
【００３６】
＊＊＊  高さ２ｍ（６０ミルのＦＲ−４ボード、ｐＢＧＡ−１６９部材Ｉ／Ｏ  １６９、ソルダー直径＝２４ミル）
＊＊＊＊  ８５℃／８５％相対湿度で１０日間の暴露。
【００３７】
３回の無鉛リフロー暴露後にアンダーフィルがクローズドセル構造を維持できるかどうかについて調べるために、配合物Ａに複数の無鉛リフロープロファイルを施して、膨張度を測定した。乾燥およびリフローしたフィルムの厚さ値および膨張率％を表５に挙げる。
【００３８】
【表５】
2006222422.tif 000006
【００３９】
表５に示すように、膨張したフィルムは２回目および３回目の無鉛リフロープロファイル中もその統合性を維持した。図４Ｂは、３回の無鉛リフロー暴露後ですら気泡がそれらの独立構造を維持していることを示す。本発明は、無鉛リフロー条件下で第１および第２レベル組立要件をすべて満たすことができる。
【００４０】
当業者に自明のように、本発明の精神および範囲から逸脱することなく本発明を多様に改変および変更することができる。本明細書に記載した具体例は例示として提示したものであり、本発明は特許請求の範囲およびそれらに均等な範囲によってのみ限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】発泡性アンダーフィルを含むアセンブリーのリフロー前と後の図である。
【図２】外周に発泡性アンダーフィルを含むアセンブリーのリフロー前と後の図である。
【図３】熱老化アンダーフィルのＤＳＣ曲線である。
【図４Ａ】１回の無鉛リフロー暴露後の膨張性アンダーフィルの断面図である。
【図４Ｂ】３回の無鉛リフロー暴露後の膨張性アンダーフィルの断面図である。
【図３】
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【図１】
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【図２】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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