(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つ以上のフェノール性水酸基を有し、且つ、フリーフェノールが５％以下である半田接合のフラックスとして作用する樹脂（Ａ）と、その硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）とを必須成分とし、アルコール可溶性ポリアミド樹脂を含有しない半導体チップ接着剤であって、前記樹脂（Ａ）の配合量は、前記半導体チップ接着剤全体の２０〜８０重量％であることを特徴とする半導体チップ接着剤。
【請求項２】
フェノール性水酸基を有し且つフリーフェノールが５％以下である半田接合のフラックスとして作用する樹脂（Ａ）が、フェノールノボラック樹脂、アルキルフェノールノボラック樹脂、ビフェノールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂、レゾルシノールノボラック樹脂、及び、ポリビニルフェノール樹脂からなる群より選ばれる、少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載の半導体チップ接着剤。
【請求項３】
硬化時の重量減少が３％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体チップ接着剤。
【請求項４】
半導体搭載用基板、または、半田バンプ付き半導体チップ上に塗布される半導体チップ接着剤であって、半導体搭載用基板の導体端子と、半導体チップの半田バンプとを位置合せし、該半導体チップ接着剤を介して密着、加圧、加温して半田接合させた後、さらに加熱により硬化して、半導体搭載用基板と半導体チップを半田接続且つ接着することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体チップ接着剤。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体チップ接着剤を半導体搭載用基板、または、半田バンプ付き半導体チップ上の接着面に塗布して、該半導体チップ接着剤を介し、半導体搭載用基板の導体端子と、半導体チップの半田バンプとを位置合せし、加圧、加温して半田接合させた後、さらに加熱により硬化して、半導体搭載用基板と半導体チップを半田接続且つ接着することを特徴とする半田接合接着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体搭載用基板の導体端子と、半導体チップの半田バンプを接続
するための半田接合に関し、同時に半導体搭載用基板と半導体チップを接着する
際の半導体チップ接着剤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の高機能化並びに軽薄短小化の要求に伴い、電子部品の高密度
集積化、さらには高密度実装化が進んできており、これらの電子機器に使用され
る半導体パッケージは、従来にも増して益々小型化かつ多ピン化が進んできてい
る。
【０００３】
半導体パッケージはその小型化に伴って、従来のようなリードフレームを使用
した形態のパッケージでは、小型化に限界がきているため、最近では回路基板上
にチップを実装したものとして、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）や
、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｃａｌｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）といった、エリア実装型の
新しいパッケージ方式が提案されている。これらの半導体パッケージにおいて、
半導体チップの電極と、従来型半導体パッケージのリードフレームの機能とを有
する、半導体搭載用基板と呼ばれるプラスチックやセラミックス等各種絶縁材料
と、導体配線で構成される基板の端子との電気的接続方法として、ワイヤーボン
ディング方式やＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）方式
、さらにはＦＣ（Ｆｌｉｐ  Ｃｈｉｐ）方式などが知られているが、最近では、
半導体パッケージの小型化に有利な、ＦＣ接続方式を用いたＢＧＡやＣＳＰの構
造が盛んに提案されている。
【０００４】
ＢＧＡやＣＳＰのプリント配線板への実装には、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。この半田接合には、フラックスが用いら
れ、ソルダーペーストが併用されることもある。特に半田ボールが使用される理
由は、半田供給量を制御し易く、多量の半田を供給できるので、バンプが高くで
きるためである。また、ＢＧＡやＣＳＰの作製工程における、半導体チップの電
極と半導体搭載用基板の端子との電気的接続方法にも、半田接合が使われる場合
が多い。
【０００５】
一般に、半田接合のためには、半田表面と対する電極の、金属表面の酸化物な
どの汚れを除去すると共に、半田接合時の金属表面の再酸化を防止して、半田の
表面張力を低下させ、金属表面に溶融半田が濡れ易くする、半田付け用フラック
スが使用される。このフラックスとしては、ロジンなどの熱可塑性樹脂系フラッ
クスに、酸化膜を除去する活性剤等を加えたフラックスが用いられている。
【０００６】
しかしながら、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
可塑性樹脂が溶融し、活性剤中の活性イオンも遊離するなど、電気絶縁性の低下
やプリント配線の腐食などの問題が生じる。そのため現在は、半田接合後の残存
フラックスを洗浄除去し、上記のような問題を解決しているが、洗浄剤の環境問
題や、洗浄工程によるコストアップなどの欠点がある。
【特許文献１】特開平８−３２２１４
【０００７】
また、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、接
合強度や信頼性の低下が懸念されている。そこで、バンプ接続部分の信頼性を得
るため、チップと基板との間隙に、アンダーフィルと呼ばれる絶縁樹脂を充填し
て、バンプ接続部分を封止、補強する検討も盛んである。しかし、これには技術
的難易度の高いアンダーフィルを充填し、硬化させる工程が必要となるため、製
造工程が複雑で製造コストが高くなる問題がある。
【０００８】
また、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、接
合強度、信頼性の低下が懸念されている。そこで、バンプ接続部分の信頼性を得
るため、チップと基板との間隙に、アンダーフィルと呼ばれる絶縁樹脂を充填し
て、バンプ接続部分を封止、補強する検討も盛んである。しかし、これには技術
的難易度の高いアンダーフィルを充填し、硬化させる工程が必要となるため、製
造工程が複雑で製造コストが高くなる問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、半導体パッケージの搭載時における、半田接合の現状のこのような
問題点に鑑み、半田接合後の残存フラックスの洗浄除去が必要なく、高温、多湿
雰囲気でも電気絶縁性を保持し、接合強度と信頼性の高い半田接合を可能とする
、半導体チップ接着剤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
即ち、本発明は、少なくとも１つ以上のフェノール性水酸基を有し、且つフリ
ーフェノールが５％以下である樹脂（Ａ）と、その硬化剤として作用する樹脂（
Ｂ）とを必須成分とし、半導体搭載用基板または半導体チップの接着面上に塗布
される半田バンプ付き半導体チップの接着剤であって、半導体搭載用基板の導体
端子と、半導体チップの半田バンプとを位置合せし、半導体チップ接着剤を介し
て密着、加圧、加温して半田接合させた後、さらに加熱により硬化して、半導体
搭載用基板と半導体チップを半田接続且つ接着することを特徴とする半導体チッ
プ接着剤である。
【００１１】
本発明の半導体チップ接着剤は、好ましくは、少なくとも１つ以上のフェノー
ル性水酸基を有し、且つフリーフェノールが５％以下の樹脂（Ａ）である、フェ
ノールノボラック樹脂、アルキルフェノールノボラック樹脂、ビフェノールノボ
ラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂、レゾルシノールノボラック樹脂、また
は、ポリビニルフェノール樹脂を必須成分とし、これにより得られる半導体チッ
プ接着剤の硬化時の重量減少が３％以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体チップ接着剤は、半田接合後の残存フラックスの洗浄除去を必
要とせず、高温、多湿雰囲気でも電気絶縁性を保持し、また、接合強度と信頼性
の高い半田接合を可能にするので、半導体パッケージのプリント配線板への搭載
、層間の立体接続等の密閉系における工程を簡素化して、製造コストを抑制し、
また、半田接合の信頼性向上に極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の半導体チップ接着剤は、少なくとも１つ以上のフェノール性水酸基を
有し、且つフリーフェノールが５％以下である樹脂（Ａ）と、その硬化剤として
作用する樹脂（Ｂ）とを必須成分とするものであり、本発明に用いるフェノール
性水酸基を有する樹脂（Ａ）の、フェノール性水酸基は、その還元作用により、
半田および金属表面の酸化物などの汚れを除去し、半田接合のフラックスとして
作用する。このフェノール性水酸基としては、何ら制約するところはないが、半
田接合のフラックスとしての作用を高めるため、フェノール性水酸基を有する樹
脂（Ａ）は、フェノール性水酸基に対してのオルソ、パラ位に電子吸引基、メタ
位に電子供与基を有するものが好ましい。
【００１４】
更に、その硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）により、良好な硬化物を得ること
ができるため、半田接合後の洗浄除去が必要なく、高温、多湿雰囲気でも電気絶
縁性を保持し、接合強度、信頼性の高い半田接合を可能とする。
【００１５】
本発明に用いる、フェノール性水酸基を有し且つフリーフェノールが５％以下
である樹脂（Ａ）としては、フェノールノボラック樹脂、アルキルフェノールノ
ボラック樹脂、ビフェノールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂、レゾ
ルシノールノボラック樹脂、ポリビニルフェノール樹脂が好ましく、これらの中
、少なくとも１種が用いられ、更に好ましくは、重量平均分子量２００００以下
のものが良い。分子量が大きすぎると、半田接合時における半導体チップ接着剤
の流動性が低下し、半田接合を阻害するため好ましくない。但し、その他の配合
剤の使用により、半田接合時における溶融粘度を、５０Ｐａ・ｓ以下に制御でき
れば何ら問題はない。この目的のため、低溶融粘度の硬化剤として作用する樹脂
（Ｂ）や、揮発性分のない可塑剤を添加しても良い。
【００１６】
半田接合接着剤は、半田接合時に、各層に挟まれ密閉状態にあるため、分子量
が極端に小さすぎると、低分子成分の揮発等で半田接合時に膨れが生じる場合が
ある。特にフリーフェノールの量は、５％以下であることが好ましい。フリーフ
ェノールは、１８０℃付近に沸点が存在するため、フェノール性水酸基を有する
樹脂（Ａ）中に５％を超えて存在すると、半田接合時の温度での半田接合接着剤
の凝集力が、フリーフェノールの揮発に耐えられず、膨れが生じる。従って、半
田接合接着剤としては、前記フリーフェノールや、低分子気化成分の揮発を含む
硬化時の重量減少を３％以下に抑えることが重要となる。但し、半田接合成形時
の圧力、昇温条件で膨れを抑制することも可能である。
【００１７】
フェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）の配合量は、半導体チップ接着剤全体
の２０〜８０重量％が好ましい。２０重量％未満であると、半田および金属表面
の酸化物などの汚れを除去する作用が低下し、半田接合できなくなってしまう。
また、８０重量％より多いと、十分な硬化物が得られず、接合強度と信頼性が低
下する。溶融粘度、酸化物除去性と硬化性のバランスが採れた配合による、本発
明の半導体チップ接着剤は、従来のフラックスによる半田接合と比較して、接合
強度、信頼性を大幅に向上させることができる。
【００１８】
本発明に用いるフェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）の、硬化剤として作用
する樹脂（Ｂ）としては、エポキシ樹脂やイソシアネート樹脂などが用いられる
。具体的にはいずれも、ビスフェノール系、フェノールノボラック系、アルキル
フェノールノボラック系、ビフェノール系、ナフトール系やレソルシノール系な
どのフェノールベースのものや、脂肪族、環状脂肪族や不飽和脂肪族などの骨格
をベースとして変性されたエポキシ化合物やイソシアネート化合物が挙げられる
。また、本発明の半導体チップ接着剤の硬化を促進するため、公知の硬化触媒を
用いても良い。
【００１９】
硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）の量としては、フェノール性水酸基を有する
樹脂（Ａ）の水酸基０．５〜２．０倍当量が好ましい。樹脂（Ｂ）が０．５倍当
量より少ないと、残存するフェノール性水酸基によって絶縁信頼性や電気特性が
低下する場合がある。また、２．０倍当量よりも多い場合、半田接合に十分なフ
ラックス作用を発現できなくなる場合がある。
【００２０】
本発明の半導体チップ接着剤は、前記成分をアルコール類、エーテル類、ケト
ン類などの有機溶媒で溶解、混合し、半導体チップ接着剤のワニスとして、用い
ることができる。前記半導体チップ接着剤のワニスを半導体搭載用基板上の半田
バンプ付き半導体チップ接着面または前記半導体チップ上の接着面に、スクリー
ン印刷やスピンコートなどの方法により塗布し乾燥させた後、半導体搭載用基板
の導体端子と半導体チップの半田バンプとを位置合せし、半導体チップ接着剤を
介して密着、加圧、加温して半田接合させた後、さらに加熱により硬化して、半
導体搭載用基板と半導体チップを導体接続且つ接着することできる。
【実施例】
【００２１】
以下、実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれによって何ら限定
されるものではない。
【００２２】
まず、少なくとも１つ以上のフェノール性水酸基を有し、且つフリーフェノー
ルが５％以下である樹脂（Ａ）と、その硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）を配合
して、半導体チップ接着剤ワニスを調整し、その特性評価のため、半田ボールシ
ェア強度試験、温度サイクル試験、および絶縁抵抗試験を行った。実施例および
比較例の評価結果は、まとめて表１に示した。
【００２３】
実施例１．
ハイオルソ型フェノールノボラック樹脂（住友デュレズ(株)製Ｒ−６５、ＯＨ
基当量１０５、フリーフェノール２％）を１００ｇと、ビスフェノールＦ型エポ
キシ樹脂（日本化薬(株)製ＲＥ−４０４Ｓ、エポキシ基当量１６５）１６０ｇを
、シクロヘキサノン６０ｇに溶解し、硬化触媒として２−フェニル−４，５−ジ
ヒドロキシメチルイミダゾール０．２ｇを添加し、半導体チップ接着剤ワニスを
作製した。
【００２４】
実施例２．
実施例１で用いたハイオルソ型フェノールノボラック樹脂１００ｇに代えて、
ランダム型フェノールノボラック樹脂(住友デュレズ(株)製ＰＲ−５１４７０、
ＯＨ基当量１０５、フリーフェノール０．５％)１００ｇを用いた以外は、実施
例１と同様にして、半導体チップ接着剤ワニスを作製した。
【００２５】
実施例３．
実施例１で用いたハイオルソ型フェノールノボラック樹脂１００ｇに代えて、
ポリビニルフェノール樹脂（丸善石油化学(株)製マルカリンカ−Ｍ、ＯＨ基当量
１２０、フリーフェノール０．５％）１００ｇを用いた以外は、実施例１と同様
にして、半導体チップ接着剤ワニスを作製した。
【００２６】
比較例１．
実施例１で用いたハイオルソ型フェノールノボラック樹脂１００ｇに代えて、
フェノールノボラック樹脂（ＯＨ基当量１０５、フリーフェノール；１２％）１
００ｇを用いた以外は、実施例１と同様にして、半導体チップ接着剤ワニスを作
製した。
【００２７】
１．半田ボールシェア強度試験
厚さ１２５μｍの銅板（古川電気工業(株)製ＥＦＴＥＣ６４Ｔ）を用いて、ラ
ンド径４００μｍ、ランドピッチ１ｍｍを含む評価用回路を形成し、そのリード
フレームをエポキシ樹脂半導体封止材（住友ベークライト(株)製ＥＭＥ−７３７
２）でモールド封止した後、片面から研磨して、前記の評価用回路を露出させ、
２０ｍｍ角の評価用パッケージを作製した。研磨の仕上げには、ＪＩＳ−Ｒ６２
５２に規定された、耐水研磨紙１０００番を使用した。これをイソプロピルアル
コールで洗浄した後、８０℃で３０分乾燥して、半田接合評価用パッケージとし
た。比較のために、半田接合のためのランド以外をソルダーレジストで被覆した
評価用パッケージも準備した。
【００２８】
前記評価用パッケージの評価用回路露出面の全面に、実施例１〜３及び比較例
１で得られた半導体チップ接着剤ワニスを、それぞれ塗布し、８０℃で１０分乾
燥して、厚さ２０μｍの半導体チップ接着剤膜を形成した。実施例１〜３と比較
例１の半導体チップ接着剤、および、比較例２として市販の半田フラックスＭＳ
Ｐ５１１（九州松下電器株式会社製）をそれぞれ塗布した、評価用パッケージ回
路のランド上に、５００μｍ径の半田ボール（Ｓｎ−Ｐｂ系共晶半田、千住金属
鉱業(株)製）６０個を搭載し、ピーク温度２４０℃に設定されたリフロー炉を通
して、半田ボールを評価用パッケージに接合させた。その後実施例１〜３と比較
例１については、１５０℃で６０分熱処理して、半導体チップ接着剤を硬化させ
た。
【００２９】
次に、得られた半田ボール付き評価用パッケージの、半田ボールシェア強度（
デイジ社製万能型ボンドテスターＰＣ２４００Ｔによる）を測定した。それぞれ
６０個の平均値を求め、その結果をまとめて表１に示した。
【００３０】
２．温度サイクル試験
半導体チップテストボード（ＦＢ５００−ＰＣＢ(株)テンリュウテクニクス製
）全面に、実施例１〜３と比較例１の半導体チップ接着剤を塗布し、８０℃で３
０分乾燥して、厚さ１００μｍの半導体チップ接着剤膜を形成した。この半導体
チップテストボードに、バンプ径１９０μｍ、バンプ高さ１４０μｍの半導体チ
ップテストダイ（ＦＢＴ５００）を搭載して、ピーク温度２４０℃に設定された
リフロー炉を通した後、実施例１〜３と比較例１については、１５０℃で６０分
熱処理して半導体チップ接着剤を硬化させ、評価用半導体チップ実装テストボー
ドをそれぞれ１０個ずつ作製した。
【００３１】
得られた評価用半導体チップ実装テストボードの導通を確認後、−５０℃で１
０分、１２５℃で１０分を１サイクルとする温度サイクル（ＴＣ）試験を実施し
た。ＴＣ試験１０００サイクル後の断線不良数の結果をまとめて表１に示した。
更に比較例としては、半導体チップテストボードに前記市販のフラックスを塗布
し、半導体チップテストダイを搭載して、ピーク温度２４０℃に設定されたリフ
ロー炉を通したものを比較例３、さらに、アンダーフィルを充填したものを比較
例４とした。比較例３、４については、半田接合後イソプロピルアルコールで洗
浄して使用した。
【００３２】
３．絶縁抵抗試験
半田メッキが施された導体間隔１５０μｍのくし形パターンを有する、絶縁信
頼性試験用プリント配線板を使用し、このプリント配線板に実施例１〜３と比較
例１で得られた半導体チップ接着剤ワニスを、それぞれ塗布し、８０℃で１０分
乾燥して厚さ２０μｍの半導体チップ接着剤層を形成した。比較例１の他の比較
例として、市販のフラックスを塗布した試験用プリント配線板も準備した。ピー
ク温度２４０℃に設定されたリフロー炉を通した後、実施例１〜３と比較例１に
ついては、１５０℃で６０分熱処理して半導体チップ接着剤を硬化させ、試験用
プリント配線板とした。
【００３３】
このプリント配線板の絶縁抵抗を測定した後、８５℃／８５％の雰囲気中で、
直流電圧５０Ｖを印加し、１０００時間経過後の絶縁抵抗を測定した。測定時の
印加電圧は１００Ｖで１分とし、絶縁抵抗をまとめて表１にした。市販のフラッ
クスを用いた比較例としては、フラックスを洗浄していないものを比較例５とし
た。
【００３４】
【表１】
0004994335.tif 000002
【００３５】
表１に示した評価結果から分かるように、本発明の半導体チップ接着剤を用い
た場合、従来のフラックスを用いた場合に比べて、半田ボールシェア強度では、
２倍という高い値を示し、また、ＴＣ試験では、断線不良の発生はほとんどなく
なった。絶縁抵抗試験でもほとんど低下を示さず、本発明の半導体チップ接着剤
の効果が明白である。