おわりに現在、各種電気・電子製品に用いられている全てのＢＧＡ・ＣＳＰがアンダーフィル剤による補強を必要としているわけではありません。部品の構造や設計において接続信頼性の保持が可能な場合があるからです。
しかしながら、今後は更なる半導体チップ(パッケージ)の軽薄短小化及び配線基板の薄型化等による強度不足により、接続信頼性の低下が懸念されますので、アンダーフィル剤による補強が必要不可欠になってくるものと思われます。
それに伴い、本稿にて紹介した３グレードに限らず、今後も各種ユーザーニーズ(作業性・接続信頼性・リペ

スリーボンド･テクニカルニュース
平成 12 年 ７ 月 １ 日 発 行

ア性の向上等)にお応えできるような商品開発が必要であると考えています。
株式会社スリーボンド 研究所
開発部 工材公共開発一課 名塚 健

参考文献
１）「半導体パッケージに関するロードマップ」（社）
日本電子機械工業会 電子デバイス部
２）「ＣＳＰ技術のすべて」（株）
工業調査会

ＢＧＡ・ＣＳＰ実装用アンダーフィル剤
はじめに

萩本英二著
３）「高熱膨張性セラミックの開発」 エレクトロニクス実装技術 1997.10（Vol.13 No.10）

近年、携帯電話やＰＨＳ、ノート型パーソナルコンピューター、カメラ一体型ＶＴＲ等の携帯情報機器の急速な普及をはじめ、各種電気・電子機器の小型化、軽量化、高機能化、高速化への要求

山口浩一著が高まるにつれ、ＩＣ（ＬＳＩ）の小型化も求められています。それに伴い、ＩＣ（ＬＳＩ）チップ等の半導体ベアチップを保護したり、応力緩和・寸法整合・規格化（汎用化）等のパッケージの機能を生かしながら、ベアチップ並に小型化し、特性の向上を図る目的でＢＧＡ（Ball Grid Array）
やＣＳＰ（Chip Size/Scale Package）
が普及しつつあります。
このＢＧＡやＣＳＰは半田ボールによって配線基板上の電極と接続されています。しかしながら、実装後に温度サイクルや衝撃、折り曲げ等の応力が加わったときに、ＢＧＡ・ＣＳＰと配線基板との接続信頼性が保持できない場合があります。その防止策として、ＢＧＡ・ＣＳＰと配線基板との隙間に封止樹脂（アンダーフィル剤）
を入れて、応力の緩和、脱落防止の補強として用いられています。
本稿では、ＢＧＡ・ＣＳＰの簡単な説明と、アンダーフィル剤の必要性、そして各種要望にお応えするために開発された弊社のＢＧＡ・ＣＳＰ実装用アンダーフィル剤グレードについて紹介します。

目企編

画 株式会社
編集室
集 東京都港区南青山5-12-3-903

発

行 株式会社 スリーボンド

電話

8

次

はじめに ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥１
１，BGA・CSP とは？‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥２
２，BGA・CSP 実装後の問題点‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥３
３，BGA・CSP 実装用アンダーフィル剤‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥３
３−１，アンダーフィル剤の効果 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥４
３−２，アンダーフィル剤に求められる特性 ‥‥‥‥‥‥‥４４，リペア性付与アンダーフィル剤 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥４
４−１，アンダーフィル剤の問題点 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥４
４−２，リペア性とは？ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥４
４−３，リペア性付与アンダーフィル剤 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥４
４−４，リペア手法 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥４
５，ｽﾘｰﾎﾞﾝﾄﾞのBGA・CSP 実装用ｱﾝﾀﾞｰﾌｨﾙ剤ｸﾞﾚｰﾄﾞ‥‥‥‥‥‥６
５−１，各グレードの特徴 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥７
おわりに ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥８03(3407)0333

東京都八王子市狭間町1456
電話 0426(61)1333 ㈹1

１，BGA・CSPとは？1,2）

不用）
なBGA・CSPの方が取り扱い易いということで、

近年、携帯電話やPHS、ノート型パーソナルコン

BGA・CSP実装の急激な普及につながっています。

①低温硬化

ピューター、カメラ一体型VTR等の携帯情報機器の以上のように、占有面積、実装歩留まりの良さか②適度な粘度

急速な普及に伴い、各種電気・電子機器は更なる小ら、今後BGA・CSP実装は、携帯電話
（PHS）
をはじ

③接着性良好型化、軽量化、高機能化、高速化が求められていま

めパーソナルコンピューター、デジタル民生という④接続信頼性向上す。これを実現するためには、電子部品の小型化、巨大市場への爆発的な広がりが期待されています。

⑤リペア性付与●ThreeBond2274（リペア性付与タイプ）

アンダーフィル剤硬化後に接続不良が発見され高集積化とそれらの部品の高密度実装技術が必要となります。IC（LSI）パッケージの分野においても、

DIP

従来から用いられている QFP（Quad Flatpack Packa-

小型化

面積が必要となるため、対応が難しくなってきてい薄型化た場合、加熱することによりBGA・CSPの取り外

TSOP
多ピン化

ge）では線配列のため多ピン化にも限界があり、同時に内部のチップ面積の数倍から数十倍の基板占有

SOP

QFP

BGA

＜選定のポイント＞

TQFP

図５−３. ThreeBond 2274B の硬化温度別の引張せん断接着強さ

薄型化

多ピン化

し、及び硬化物の除去が可能。

CSP

作業性もThreeBond2202とほぼ同様のレベルです。

そこで、現在脚光を浴びているのがBGA・CSPを用いた実装です（弊社テクニカルニュース 第50号フ

５−１，各グレードの特徴

ICチップサイズ

ラットパッケージ実装用接着剤参照）。

●ThreeBond2202（スタンダードタイプ）

QFP

①低温硬化

・BGAとは？
Ball Grid Arrayの略であり、半田ボールをグ

70℃以上の加熱により硬化が可能で、周辺BGA

リッド状に並べたＩＣのパッケージであり、従来のQFPに比べ小型化されている。

部品への熱的影響が少ない。

②適度な粘度CSP・CSPとは？
Chip Size（Scale）Packageの略であり、BGA

BGA・CSP と配線基盤との隙間への流れ込

フリップチップの狭ピッチのもので、「チップと同等あるいは③接着性良好図１−２. ICの実装サイズ比較

FPBGA（Fine Pitch BGA）とも呼ばれている。

低温硬化で高接着力を発揮。

BGA・CSP

BGA・CSP実装では、QFPと比べて占有面積が狭くなるだけではなく、半田ボールが溶融して接続すなリードの変形の問題もありません。さらに、半田

また、標準硬化条件よりも長時間、または高温で硬化させると、接着力が向上。

φ0.8mm
半田ボール

予備半田
0.15mmt
×0.8φ④接続信頼性良好
パッド

ボールの溶融時の表面張力によりセルフアライメン

0

ト効果が働き、マウント時のズレを1.5mmピッチの

0.4

基板

0.75

1.5（mm）

0.6

図１−３. セルフアライメント効果（1.5mmピッチ）

セルフアライメント効果が働かないため、一度所定

右寄り
移動の位置からずれて配線基板に搭載されるとそのまま半田付けされてしまい、半田ブリッジなどを起こし
最近ではパッケージ（モールド）
されていない裸の①低温硬化
80℃以上の加熱により硬化が可能。

②低粘度
粘度が低く流れ込み(充填)性が良好なため、
大型、狭ピッチ、狭ギャップのBGA・CSPに対しても流れ込み(充填)性良好。

③接着性良好④接続信頼性向上⑤リペア性付与＜選定のポイント＞
粘度が低く、狭ピッチ、狭ギャップの BGA・
CSPのアンダーフィル剤として最適です。また、

ヒートサイクル等の熱的応力及び衝撃や折標準硬化条件よりも長時間、または高温で硬化さり曲げ等の物理的応力に対する接続信頼性良せると、リペア性は低下しますが、最高の接続信好。

頼性を発揮します。

高温で硬化させると、接続信頼性が向上。

＜選定のポイント＞

付けするものは、表面張力が作用する面積が少なく、実装歩留まりを下げてしまいます（図１−４）。

●ThreeBond2274B（リペア性付与低粘度タイプ）

また、標準硬化条件よりも長時間、または場合で最大 0.6 mmまで自動修正することができます（図１−３）。一方、QFP のようにリードを半田み(充填)性が良好で、かつ周辺部品への樹脂の広がりを抑えた適度な粘度。

わずかに大きいパッケージの総称」であり、るため、高さのバラツキ許容度が高く、QFPのよう上させ、かつリペア性を重視する場合に最適です。
硬化前の性状はThreeBond2202とほぼ同様のため、

図１−１. パッケージ外形の動向るのが現状です。

低温硬化で高接着力を発揮し、接続信頼性を向縦寄り※尚、アンダーフィル剤の流れ込み（充填）性及び硬化条件は、BGA・CSP の種類（材質･大きさ･ピリペア性は不要で、とにかく低温硬化で高接着ッチ･ギャップ等）、配線基板の表面状態、周辺部

力を発揮し、接続信頼性を向上させたい場合に最品の熱容量、塗布量等により変化します。実際の適です。

部品による確認を行い、最適な条件を決定することをおすすめします。

ICチップ（ベアチップ）をそのまま実装するフリップ
チップ実装（ベアチップ実装）という接続方法が開発（a）QFPの場合（b）BGAの場合され、さらなる小型化が期待されています。しかしながら、一般環境での実装が可能（クリーンルーム2

図１−４. セルフアライメント機能
7

２，BGA・CSP実装後の問題点3）

５，スリーボンドのBGA・CSP実装用
アンダーフィル剤グレード※いずれのグレードも、一般の一液性加熱硬化型

今まで述べてきたように、BGA・CSP実装が各種弊社のBGA・CSP実装用アンダーフィル剤グレー

エポキシ配合樹脂と同様に、標準硬化条件よりも電気・電子機器の小型化、高性能化に大きく貢献し

BGA・CSPは半田ボールによって配線基板上

ドの性状と特性を表１に示します。いずれのグレー

長時間、または高温で硬化させることにより、各ています。しかしながら、BGA・CSP実装後の問題に実装されています。この半田接続部はφ0.2

ドも、各種電気・電子部品に対する熱的影響を考慮

種特性（リペア性を除く）
が向上する傾向にありま点として接続信頼性が挙げられ、下記の2点が接続〜0.5mm程度と非常に小さく、接続強度が弱い

した低温硬化性となっております。

す（例：引張せん断接着強さ図５−１〜３）。

信頼性を左右する大きな要因となっております。

ため、衝撃や折り曲げ等の外部からの応力に対①熱膨張係数（線膨張係数）表１. スリーボンドのBGA・CSP実装用アンダーフィル剤グレードの性状及び物性

パッケージの機能の内、応力の緩和機能をいかに実現するかという問題があり、それには各②半田ボールの接続強度

して、BGA・CSPの脱落や半田接合部でのクラックの発生等により接続信頼性を保てない場合があります。

材料間の熱膨張係数が大きく起因してきます。
要するに、チップを構成するシリコン（熱膨張
係数約 2.6 ppm/℃）と通常の配線基板であるガ

３，BGA・CSP実装用アンダーフィル剤

ラス・エポキシ樹脂（熱膨張係数12〜16ppm/℃

前記のような問題点を解消し、接続信頼性を向上程度）との間の熱膨張係数の差をどう処理するさせるため、アンダーフィル剤と呼ばれる封止樹脂

かが構造上の問題点であり、チップと配線基板をパッケージと配線基板との隙間に使用します。

の熱膨張係数の相違により発生する応力をBGA・

BGA・CSP実装用アンダーフィル剤としては、通常、CSP 構造で対応吸収できないと接続信頼性不良

一液性加熱硬化型のエポキシ樹脂が用いられていまの原因となります。

す。使用方法は、実装後のBGA・CSPの周囲（1〜３

例えば、図２−１に示すようにアルミナ製パ辺）にアンダーフィル剤を塗布し、毛細管現象によッケージとガラス・エポキシ製配線基板との実

りパッケージと配線基板との隙間に浸透させ、加熱装の場合、両者間の線膨張係数の差が大きいた硬化させるというものです（図３−１）。その際、塗め、その接合部に大きな応力が発生し、半田ボ

布形状及び塗布量はパッケージの大きさ、ピッチ、ールにクラックが入り接続不良となるおそれがギャップ等により変化しますが、気泡の発生を防ぐあります。ピン挿入型のパッケージではピンにために、必ず空気の抜け道を確保するようにしますより、リード接続型のパッケージではリードに（４辺全体に塗布すると、BGA・CSPと配線基板とよりこの応力を緩和することができますが、の隙間に気泡が残ったまま硬化してしまいます）。

BGA・CSPのような表面実装型のパッケージでは接合距離が小さいため、接合部が破壊される
危険性があります。

アンダーフィル剤

BGA/CSP
半田ボール
電極

図５−１. ThreeBond2202の硬化温度別の引張せん断接着強さ6

図５−２. ThreeBond 2274 の硬化温度別の引張せん断接着強さ

図２−１. パッケージ（PKG）と配線基板（PWB）との熱膨張差による接合部の破壊の模式図

基板

図３−１. アンダーフィルの塗布方法

3３−１，アンダーフィル剤の効果

４−２，リペア性とは？

アンダーフィル剤を用いた場合の効果として、リペア性の定義としては、アンダーフィル剤の①ヒートサイクル等の熱的応力に対する接続信硬化後にBGA・CSP自体、または配線基板との接頼性の向上②衝撃や折り曲げ等の物理的応力に対する接続
信頼性の向上が挙げられます。これは、アンダーフィル剤が外部からの応力を軽減するためで、パッケージ全体
で応力を負担し、半田ボールの付け根に生じる応続等に不良が発見された場合に、①容易にBGA・CSPを配線基板から取り外すことができる。
が可能である。
ということです。

橋構造を密にし、CSP･BGAを取り外し難くするので注意すること。
・周辺部品に影響を及ぼさないように、局所的に加熱すること。
・周辺部品を損傷しないように注意すること。

②荒削り
配線基板上に残ったアンダーフィル剤の硬
ナイフ状のもの)を用いて荒削りする。（先端

リペア性と接続信頼性はある意味相反するもの

が丸い方でアンダーフィル剤を軟化させ、ナアンダーフィル剤に求められる特性としては、であり、どちらがより重要かを慎重に判断する必

イフ状の方で取り除く。半田ゴテ温度350℃①パッケージと配線基板との隙間に十分に浸透要があります。例えば、リペア性のみを重視する程度。
）のであれば熱可塑性樹脂のようなものでアンダー・配線基板上のパターンを損傷しないように②熱的応力、物理的応力に対して接続信頼性が保持できること。

フィルをすれば簡単にリペアできますし、接続信注意すること。
（一度に除去するのではなく、頼性のみを重視するのであれば熱硬化性のエポキ

何回かに分けて取り除くこと。
）③電気特性（絶縁性等）が良好であること。

シ樹脂のようなものでアンダーフィルすれば接続④低温硬化及び短時間硬化が可能なこと（他の信頼性は向上するはずです。しかしながら、電子部品等の損傷防止及びラインタクト短縮ThreeBond 2274・2274B はリペア性と接続信頼性

先端がナイフ状の半田ゴテを用い、残ってのため）。

の両方を実現したリペア性付与のBGA・CSP実装

いるアンダーフィル剤をきれいに取り除く。

用 ア ン ダ ー フ ィ ル 剤 と な っ て い ま す（ 表 １ ）。

・配線基板上のパターンを損傷しないように次項に記述）。

ThreeBond2274・2274Bは低温硬化（ThreeBond2274

注意すること。（一度に除去するのではな

等が挙げられます。

は硬化温度が70℃以上、ThreeBond 2274Ｂ は 80

く、何回かに分けて取り除くこと。）⑤リペア性を有すること（リペア性については

ヒートガン

化物を半田ゴテ２本(先端形状が丸いものと、

４−３，リペア性付与アンダーフィル剤し硬化すること。

しても軟化しにくくなり、リペアしにくくなります。

②正常な BGA・CSP、または配線基板の再利用

力集中を防止する役割を果たしているためです。

３−２，アンダーフィル剤に求められる特性

・長時間の加熱は、アンダーフィル剤の架③仕上げの削り

ピンセット

半田ゴテ
先端丸い

半田ゴテ
先端ナイフ状℃以上と一液性加熱硬化型エポキシ配合樹脂とし４，リペア性付与アンダーフィル剤
４−１，アンダーフィル剤の問題点
アンダーフィル剤を用いることにより接続信頼ては最も低温硬化の部類に属する）で十分な特性を発揮し、また、不良が発見された場合にリペアが可能な商品設計となっています。

④半田残さの除去
半田吸い取り線等を用いて配線基板上の半田の残さを取り除く。

性は格段に向上しますが、問題点もあります。それは、アンダーフィル剤実装後の検査によりBGA・

４−４，リペア手法

CSP 自体、または配線基板との接続等に不良が発リペア手法の例を下記に示します。要は、アン見された場合に、正常な BGA・CSP（または配線

ダーフィル剤の硬化物を加熱により軟化させ、取基板）に交換（リペア）することが困難であるといり除く手法をとっています。ThreeBond 2274・

うことです。アンダーフィル剤を用いなければ半2274B は常温では硬く、各種特性を発揮しますが、

田ボールを加熱溶融させることによりBGA・CSP

加熱し、軟化させることによって取り除くことがを容易に取り外すことができますが、熱硬化性樹可能になります。

脂のアンダーフィル剤を用いた場合は取り外しが非常に困難となります。そのため、配線基板上にアルコール等を用いてリペア面を洗浄して仕上げる。

⑥BGA・CSPの再搭載
仕上げ後、配線基板上のパターンを確認し、問題ない場合、半田フラックスを塗布し、新しいCSP･BGAを取り付ける。

①不良BGA・CSPの取り外し取り付け後、再度アンダーフィル剤を塗布搭載されたBGA・CSPの内の１つに不良が発見さヒートガン等の局所ヒーター（270〜280℃

れた場合でも、そのBGA・CSPを含むモジュール程度）を用い、CSP・BGA を上から局所的に全体を取り替える（廃棄する）
必要があり、コスト

温め、アンダーフィル剤が軟化（５〜１０秒）＜注意＞

アップの原因となっていました。

したところで、ピンセット等を用いて CSP・

ThreeBond2274・2274Bは標準硬化条件よりも長時間、BGAを引きはがす。

4⑤仕上げの洗浄し、硬化させる。

または高温で硬化させると架橋構造が密になり、加熱

図４−１. リペア手法の例
5３−１，アンダーフィル剤の効果

４−２，リペア性とは？

アンダーフィル剤を用いた場合の効果として、リペア性の定義としては、アンダーフィル剤の①ヒートサイクル等の熱的応力に対する接続信硬化後にBGA・CSP自体、または配線基板との接頼性の向上②衝撃や折り曲げ等の物理的応力に対する接続
信頼性の向上が挙げられます。これは、アンダーフィル剤が外部からの応力を軽減するためで、パッケージ全体
で応力を負担し、半田ボールの付け根に生じる応続等に不良が発見された場合に、①容易にBGA・CSPを配線基板から取り外すことができる。
が可能である。
ということです。

橋構造を密にし、CSP･BGAを取り外し難くするので注意すること。
・周辺部品に影響を及ぼさないように、局所的に加熱すること。
・周辺部品を損傷しないように注意すること。

②荒削り
配線基板上に残ったアンダーフィル剤の硬
ナイフ状のもの)を用いて荒削りする。（先端

リペア性と接続信頼性はある意味相反するもの

が丸い方でアンダーフィル剤を軟化させ、ナアンダーフィル剤に求められる特性としては、であり、どちらがより重要かを慎重に判断する必

イフ状の方で取り除く。半田ゴテ温度350℃①パッケージと配線基板との隙間に十分に浸透要があります。例えば、リペア性のみを重視する程度。
）のであれば熱可塑性樹脂のようなものでアンダー・配線基板上のパターンを損傷しないように②熱的応力、物理的応力に対して接続信頼性が保持できること。

フィルをすれば簡単にリペアできますし、接続信注意すること。
（一度に除去するのではなく、頼性のみを重視するのであれば熱硬化性のエポキ

何回かに分けて取り除くこと。
）③電気特性（絶縁性等）が良好であること。

シ樹脂のようなものでアンダーフィルすれば接続④低温硬化及び短時間硬化が可能なこと（他の信頼性は向上するはずです。しかしながら、電子部品等の損傷防止及びラインタクト短縮ThreeBond 2274・2274B はリペア性と接続信頼性

先端がナイフ状の半田ゴテを用い、残ってのため）。

の両方を実現したリペア性付与のBGA・CSP実装

いるアンダーフィル剤をきれいに取り除く。

用 ア ン ダ ー フ ィ ル 剤 と な っ て い ま す（ 表 １ ）。

・配線基板上のパターンを損傷しないように次項に記述）。

ThreeBond2274・2274Bは低温硬化（ThreeBond2274

注意すること。（一度に除去するのではな

等が挙げられます。

は硬化温度が70℃以上、ThreeBond 2274Ｂ は 80

く、何回かに分けて取り除くこと。）⑤リペア性を有すること（リペア性については

ヒートガン

化物を半田ゴテ２本(先端形状が丸いものと、

４−３，リペア性付与アンダーフィル剤し硬化すること。

しても軟化しにくくなり、リペアしにくくなります。

②正常な BGA・CSP、または配線基板の再利用

力集中を防止する役割を果たしているためです。

３−２，アンダーフィル剤に求められる特性

・長時間の加熱は、アンダーフィル剤の架③仕上げの削り

ピンセット

半田ゴテ
先端丸い

半田ゴテ
先端ナイフ状℃以上と一液性加熱硬化型エポキシ配合樹脂とし４，リペア性付与アンダーフィル剤
４−１，アンダーフィル剤の問題点
アンダーフィル剤を用いることにより接続信頼ては最も低温硬化の部類に属する）で十分な特性を発揮し、また、不良が発見された場合にリペアが可能な商品設計となっています。

④半田残さの除去
半田吸い取り線等を用いて配線基板上の半田の残さを取り除く。

性は格段に向上しますが、問題点もあります。それは、アンダーフィル剤実装後の検査によりBGA・

４−４，リペア手法

CSP 自体、または配線基板との接続等に不良が発リペア手法の例を下記に示します。要は、アン見された場合に、正常な BGA・CSP（または配線

ダーフィル剤の硬化物を加熱により軟化させ、取基板）に交換（リペア）することが困難であるといり除く手法をとっています。ThreeBond 2274・

うことです。アンダーフィル剤を用いなければ半2274B は常温では硬く、各種特性を発揮しますが、

田ボールを加熱溶融させることによりBGA・CSP

加熱し、軟化させることによって取り除くことがを容易に取り外すことができますが、熱硬化性樹可能になります。

脂のアンダーフィル剤を用いた場合は取り外しが非常に困難となります。そのため、配線基板上にアルコール等を用いてリペア面を洗浄して仕上げる。

⑥BGA・CSPの再搭載
仕上げ後、配線基板上のパターンを確認し、問題ない場合、半田フラックスを塗布し、新しいCSP･BGAを取り付ける。

①不良BGA・CSPの取り外し取り付け後、再度アンダーフィル剤を塗布搭載されたBGA・CSPの内の１つに不良が発見さヒートガン等の局所ヒーター（270〜280℃

れた場合でも、そのBGA・CSPを含むモジュール程度）を用い、CSP・BGA を上から局所的に全体を取り替える（廃棄する）
必要があり、コスト

温め、アンダーフィル剤が軟化（５〜１０秒）＜注意＞

アップの原因となっていました。

したところで、ピンセット等を用いて CSP・

ThreeBond2274・2274Bは標準硬化条件よりも長時間、BGAを引きはがす。

4⑤仕上げの洗浄し、硬化させる。

または高温で硬化させると架橋構造が密になり、加熱

図４−１. リペア手法の例
5

２，BGA・CSP実装後の問題点3）

５，スリーボンドのBGA・CSP実装用
アンダーフィル剤グレード※いずれのグレードも、一般の一液性加熱硬化型

今まで述べてきたように、BGA・CSP実装が各種弊社のBGA・CSP実装用アンダーフィル剤グレー

エポキシ配合樹脂と同様に、標準硬化条件よりも電気・電子機器の小型化、高性能化に大きく貢献し

BGA・CSPは半田ボールによって配線基板上

ドの性状と特性を表１に示します。いずれのグレー

長時間、または高温で硬化させることにより、各ています。しかしながら、BGA・CSP実装後の問題に実装されています。この半田接続部はφ0.2

ドも、各種電気・電子部品に対する熱的影響を考慮

種特性（リペア性を除く）
が向上する傾向にありま点として接続信頼性が挙げられ、下記の2点が接続〜0.5mm程度と非常に小さく、接続強度が弱い

した低温硬化性となっております。

す（例：引張せん断接着強さ図５−１〜３）。

信頼性を左右する大きな要因となっております。

ため、衝撃や折り曲げ等の外部からの応力に対①熱膨張係数（線膨張係数）表１. スリーボンドのBGA・CSP実装用アンダーフィル剤グレードの性状及び物性

パッケージの機能の内、応力の緩和機能をいかに実現するかという問題があり、それには各②半田ボールの接続強度

して、BGA・CSPの脱落や半田接合部でのクラックの発生等により接続信頼性を保てない場合があります。

材料間の熱膨張係数が大きく起因してきます。
要するに、チップを構成するシリコン（熱膨張
係数約 2.6 ppm/℃）と通常の配線基板であるガ

３，BGA・CSP実装用アンダーフィル剤

ラス・エポキシ樹脂（熱膨張係数12〜16ppm/℃

前記のような問題点を解消し、接続信頼性を向上程度）との間の熱膨張係数の差をどう処理するさせるため、アンダーフィル剤と呼ばれる封止樹脂

かが構造上の問題点であり、チップと配線基板をパッケージと配線基板との隙間に使用します。

の熱膨張係数の相違により発生する応力をBGA・

BGA・CSP実装用アンダーフィル剤としては、通常、CSP 構造で対応吸収できないと接続信頼性不良

一液性加熱硬化型のエポキシ樹脂が用いられていまの原因となります。

す。使用方法は、実装後のBGA・CSPの周囲（1〜３

例えば、図２−１に示すようにアルミナ製パ辺）にアンダーフィル剤を塗布し、毛細管現象によッケージとガラス・エポキシ製配線基板との実

りパッケージと配線基板との隙間に浸透させ、加熱装の場合、両者間の線膨張係数の差が大きいた硬化させるというものです（図３−１）。その際、塗め、その接合部に大きな応力が発生し、半田ボ

布形状及び塗布量はパッケージの大きさ、ピッチ、ールにクラックが入り接続不良となるおそれがギャップ等により変化しますが、気泡の発生を防ぐあります。ピン挿入型のパッケージではピンにために、必ず空気の抜け道を確保するようにしますより、リード接続型のパッケージではリードに（４辺全体に塗布すると、BGA・CSPと配線基板とよりこの応力を緩和することができますが、の隙間に気泡が残ったまま硬化してしまいます）。

BGA・CSPのような表面実装型のパッケージでは接合距離が小さいため、接合部が破壊される
危険性があります。

アンダーフィル剤

BGA/CSP
半田ボール
電極

図５−１. ThreeBond2202の硬化温度別の引張せん断接着強さ6

図５−２. ThreeBond 2274 の硬化温度別の引張せん断接着強さ

図２−１. パッケージ（PKG）と配線基板（PWB）との熱膨張差による接合部の破壊の模式図

基板

図３−１. アンダーフィルの塗布方法

3

１，BGA・CSPとは？1,2）

不用）
なBGA・CSPの方が取り扱い易いということで、

近年、携帯電話やPHS、ノート型パーソナルコン

BGA・CSP実装の急激な普及につながっています。

①低温硬化

ピューター、カメラ一体型VTR等の携帯情報機器の以上のように、占有面積、実装歩留まりの良さか②適度な粘度

急速な普及に伴い、各種電気・電子機器は更なる小ら、今後BGA・CSP実装は、携帯電話
（PHS）
をはじ

③接着性良好型化、軽量化、高機能化、高速化が求められていま

めパーソナルコンピューター、デジタル民生という④接続信頼性向上す。これを実現するためには、電子部品の小型化、巨大市場への爆発的な広がりが期待されています。

⑤リペア性付与●ThreeBond2274（リペア性付与タイプ）

アンダーフィル剤硬化後に接続不良が発見され高集積化とそれらの部品の高密度実装技術が必要となります。IC（LSI）パッケージの分野においても、

DIP

従来から用いられている QFP（Quad Flatpack Packa-

小型化

面積が必要となるため、対応が難しくなってきてい薄型化た場合、加熱することによりBGA・CSPの取り外

TSOP
多ピン化

ge）では線配列のため多ピン化にも限界があり、同時に内部のチップ面積の数倍から数十倍の基板占有

SOP

QFP

BGA

＜選定のポイント＞

TQFP

図５−３. ThreeBond 2274B の硬化温度別の引張せん断接着強さ

薄型化

多ピン化

し、及び硬化物の除去が可能。

CSP

作業性もThreeBond2202とほぼ同様のレベルです。

そこで、現在脚光を浴びているのがBGA・CSPを用いた実装です（弊社テクニカルニュース 第50号フ

５−１，各グレードの特徴

ICチップサイズ

ラットパッケージ実装用接着剤参照）。

●ThreeBond2202（スタンダードタイプ）

QFP

①低温硬化

・BGAとは？
Ball Grid Arrayの略であり、半田ボールをグ

70℃以上の加熱により硬化が可能で、周辺BGA

リッド状に並べたＩＣのパッケージであり、従来のQFPに比べ小型化されている。

部品への熱的影響が少ない。

②適度な粘度CSP・CSPとは？
Chip Size（Scale）Packageの略であり、BGA

BGA・CSP と配線基盤との隙間への流れ込

フリップチップの狭ピッチのもので、「チップと同等あるいは③接着性良好図１−２. ICの実装サイズ比較

FPBGA（Fine Pitch BGA）とも呼ばれている。

低温硬化で高接着力を発揮。

BGA・CSP

BGA・CSP実装では、QFPと比べて占有面積が狭くなるだけではなく、半田ボールが溶融して接続すなリードの変形の問題もありません。さらに、半田

また、標準硬化条件よりも長時間、または高温で硬化させると、接着力が向上。

φ0.8mm
半田ボール

予備半田
0.15mmt
×0.8φ④接続信頼性良好
パッド

ボールの溶融時の表面張力によりセルフアライメン

0

ト効果が働き、マウント時のズレを1.5mmピッチの

0.4

基板

0.75

1.5（mm）

0.6

図１−３. セルフアライメント効果（1.5mmピッチ）

セルフアライメント効果が働かないため、一度所定

右寄り
移動の位置からずれて配線基板に搭載されるとそのまま半田付けされてしまい、半田ブリッジなどを起こし
最近ではパッケージ（モールド）
されていない裸の①低温硬化
80℃以上の加熱により硬化が可能。

②低粘度
粘度が低く流れ込み(充填)性が良好なため、
大型、狭ピッチ、狭ギャップのBGA・CSPに対しても流れ込み(充填)性良好。

③接着性良好④接続信頼性向上⑤リペア性付与＜選定のポイント＞
粘度が低く、狭ピッチ、狭ギャップの BGA・
CSPのアンダーフィル剤として最適です。また、

ヒートサイクル等の熱的応力及び衝撃や折標準硬化条件よりも長時間、または高温で硬化さり曲げ等の物理的応力に対する接続信頼性良せると、リペア性は低下しますが、最高の接続信好。

頼性を発揮します。

高温で硬化させると、接続信頼性が向上。

＜選定のポイント＞

付けするものは、表面張力が作用する面積が少なく、実装歩留まりを下げてしまいます（図１−４）。

●ThreeBond2274B（リペア性付与低粘度タイプ）

また、標準硬化条件よりも長時間、または場合で最大 0.6 mmまで自動修正することができます（図１−３）。一方、QFP のようにリードを半田み(充填)性が良好で、かつ周辺部品への樹脂の広がりを抑えた適度な粘度。

わずかに大きいパッケージの総称」であり、るため、高さのバラツキ許容度が高く、QFPのよう上させ、かつリペア性を重視する場合に最適です。
硬化前の性状はThreeBond2202とほぼ同様のため、

図１−１. パッケージ外形の動向るのが現状です。

低温硬化で高接着力を発揮し、接続信頼性を向縦寄り※尚、アンダーフィル剤の流れ込み（充填）性及び硬化条件は、BGA・CSP の種類（材質･大きさ･ピリペア性は不要で、とにかく低温硬化で高接着ッチ･ギャップ等）、配線基板の表面状態、周辺部

力を発揮し、接続信頼性を向上させたい場合に最品の熱容量、塗布量等により変化します。実際の適です。

部品による確認を行い、最適な条件を決定することをおすすめします。

ICチップ（ベアチップ）をそのまま実装するフリップ
チップ実装（ベアチップ実装）という接続方法が開発（a）QFPの場合（b）BGAの場合され、さらなる小型化が期待されています。しかしながら、一般環境での実装が可能（クリーンルーム2

図１−４. セルフアライメント機能7おわりに
現在、各種電気・電子製品に用いられている全てのＢＧＡ・ＣＳＰがアンダーフィル剤による補強を必要としているわけではありません。部品の構造や設計において接続信頼性の保持が可能な場合があるからです。
しかしながら、今後は更なる半導体チップ(パッケージ)の軽薄短小化及び配線基板の薄型化等による強度不足により、接続信頼性の低下が懸念されますので、アンダーフィル剤による補強が必要不可欠になってくるものと思われます。
それに伴い、本稿にて紹介した３グレードに限らず、今後も各種ユーザーニーズ(作業性・接続信頼性・リペ

スリーボンド･テクニカルニュース
平成 12 年 ７ 月 １ 日 発 行

ア性の向上等)にお応えできるような商品開発が必要であると考えています。
株式会社スリーボンド 研究所
開発部 工材公共開発一課 名塚 健

参考文献
１）「半導体パッケージに関するロードマップ」（社）
日本電子機械工業会 電子デバイス部
２）「ＣＳＰ技術のすべて」（株）
工業調査会

ＢＧＡ・ＣＳＰ実装用アンダーフィル剤
はじめに

萩本英二著
３）「高熱膨張性セラミックの開発」 エレクトロニクス実装技術 1997.10（Vol.13 No.10）

近年、携帯電話やＰＨＳ、ノート型パーソナルコンピューター、カメラ一体型ＶＴＲ等の携帯情報機器の急速な普及をはじめ、各種電気・電子機器の小型化、軽量化、高機能化、高速化への要求

山口浩一著が高まるにつれ、ＩＣ（ＬＳＩ）の小型化も求められています。それに伴い、ＩＣ（ＬＳＩ）チップ等の半導体ベアチップを保護したり、応力緩和・寸法整合・規格化（汎用化）等のパッケージの機能を生かしながら、ベアチップ並に小型化し、特性の向上を図る目的でＢＧＡ（Ball Grid Array）
やＣＳＰ（Chip Size/Scale Package）
が普及しつつあります。
このＢＧＡやＣＳＰは半田ボールによって配線基板上の電極と接続されています。しかしながら、実装後に温度サイクルや衝撃、折り曲げ等の応力が加わったときに、ＢＧＡ・ＣＳＰと配線基板との接続信頼性が保持できない場合があります。その防止策として、ＢＧＡ・ＣＳＰと配線基板との隙間に封止樹脂（アンダーフィル剤）
を入れて、応力の緩和、脱落防止の補強として用いられています。
本稿では、ＢＧＡ・ＣＳＰの簡単な説明と、アンダーフィル剤の必要性、そして各種要望にお応えするために開発された弊社のＢＧＡ・ＣＳＰ実装用アンダーフィル剤グレードについて紹介します。

目企編

画 株式会社
編集室
集 東京都港区南青山5-12-3-903

発

行 株式会社 スリーボンド

電話

8

次

はじめに ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥１
１，BGA・CSP とは？‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥２
２，BGA・CSP 実装後の問題点‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥３
３，BGA・CSP 実装用アンダーフィル剤‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥３
３−１，アンダーフィル剤の効果 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥４
３−２，アンダーフィル剤に求められる特性 ‥‥‥‥‥‥‥４４，リペア性付与アンダーフィル剤 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥４
４−１，アンダーフィル剤の問題点 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥４
４−２，リペア性とは？ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥４
４−３，リペア性付与アンダーフィル剤 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥４
４−４，リペア手法 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥４
５，ｽﾘｰﾎﾞﾝﾄﾞのBGA・CSP 実装用ｱﾝﾀﾞｰﾌｨﾙ剤ｸﾞﾚｰﾄﾞ‥‥‥‥‥‥６
５−１，各グレードの特徴 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥７
おわりに ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥８03(3407)0333

東京都八王子市狭間町1456
電話 0426(61)1333 ㈹1