スリーボンド･テクニカルニュース
平成 10 年 １ 月 １ 日 発 行50

フラットパッケージ実装用接着剤
はじめにICやLSIなどの半導体製品を使用したエレクトロニクス機器に対し、民生用、産業用を問わず常に小型軽量化、高機能化が要求されています。例えば、パーソナルコンピュータ、ビデオデッキやビデオカメラ、携帯電話、オーディオコンポやラジカセなどの音響機器、自動車用電装機器などの電子機器は、同じ機能ならより小さく軽く、また同じ大きさならより多機能になってきています。
この「軽薄短小」化の流れは、これらエレクトロニクス機器に搭載せれるLSIパッケージに対しても同じように小型化を要求しています。そこでLSIパッケージは、ピン挿入型（DIP、デュアルインラインパッケージ）から基盤面に取り付け可能な表面実装型（フラットパッケージ）へと移行し、さらに端子の狭ピッチ化によって小型化が進められてきました。
本稿では、フラットパッケージの種類と、それらフラットパッケージを基盤に固定あるいは接続するために開発された弊社フラットパッケージ実装用接着剤について紹介します。
目次

は じ め に
1．フラットパッケージの種類と接続技術 …………………………………………… 22．フラットパッケージ仮固定用瞬間接着剤・硬化促進剤 ………………………… 3
3．BGA、CSP用接着剤 ………………………………………………………………… 6
4．フリップチップ実装用接着剤 ……………………………………………………… 7

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1．フラットパッケージの種類と接続技術1.2）
LSIパッケージは、金属製リードフレームにLSIチパッケージの動向を、また表１−１に各種パッケージの概要を示します。

ップを搭載し、これをエポキシ樹脂やセラミックでまた最近では、パッケージ（モールド）されていモールドしたパッケージで、価格の点で安価なエポない裸のICチップ（ベアチップ）をそのまま実装す

キシ樹脂系のプラスチックパッケージが主流となっるフリップチップ実装（ベアチップ実装）という接ています。図１−１にフラットパッケージの内部の続方法が開発され、今後主流になるとみられていま様子を示します。

す。

パッケージは、ピン挿入型のDIPから表面実装型

このようなフラットパッケージや接続方法の違いのSOPやQFP、さらに薄型のTSOPやTQFPといったと、ICの実装サイズの比較を図１−３に示します。

フラットパッケージへと移行してきました。
更なる多ピン化のために、リードの代わりにバンプと呼ばれるボール状のハンダを使用する接続技術

以下、弊社が開発した各種フラットパッケージ固定用接着剤やフリップチップ実装用接着剤について詳しく紹介します。

が開発され、BGAやCSPといったフラットパッケー
ジの接続に使用されています。図１−２にこれら

図1−1．フラットパッケージの内部構造

図1−2．パッケージ外形の動向

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図1−3．ICの実装サイズ比較

表1−1．LSIパッケージの外観と特徴

パッケージ

外観

特徴

Dual In-line Package

DIP

リードがパッケージの２側面から取り出されたパッケージ
Small Outoline Package

SOP

リードがパッケージの２側面から取り出され、かつガルウイング型（L字型）に成型されたパッケージ
Thin Small Outline Package

TSOP

パッケージの厚さが1.0mmのSOP
Quad Flat Package

QFP

リードがパッケージの４側面から取り出され、かつガルウイング型（L字型）に成型されたパッケージ
Thin Quad Flat Package

TQFP

パッケージの厚さが1.0mmのQFP
Ball Grid Array

BGAバンプ（ボール状のハンダ）がパッケージ上面または下面に格子状に存在するパッケージ
Chip Size Package / Chip Scale Package

CSP

チップサイズと同等ないしは僅かに大きい、小型化そして狭ピッチ化されたBGA

2．フラットパッケージ仮固定用

硬化に加熱炉を必要とし、さらに加熱中にパッケー

瞬間接着剤・硬化促進剤

ジが位置ずれを起こしたり、接着剤が流れて端子部SOPやQFPなどのフラットパッケージは、オーデに流れ込む不良が発生していました。また、接着剤ィオコンポ、ラジカセ、カーオーディオなどの音響を使わずにハンダゴテによる手作業でハンダ付けす機器、電子レンジ、電磁調理器、電子ジャーなどのる方法もありますが、作業に熟練を要し、また端子調理機器、ビデオデッキなどの両面プリント基板にの狭ピッチ化への対応が難しいという問題がありま多用されています。

した。

これらフラットパッケージは、ハンダディップ工本接着剤と硬化促進剤を使用したフラットパッケ

程でのハンダ付けの間、脱落や位置ずれをおこさなージの固定方法は信頼性が高く、数秒の硬化時間でいように基盤にしっかりと固定しておくことが必要フラットパッケージを確実に接着、固定します。作です。

業には特別な熟練を必要とせず、工程の自動化も可

ThreeBond1738、1739は、フラットパッケージの能です。

仮固定を目的に開発された瞬間接着剤です。
又、ThreeBond1796B、1796E、1796Gは、接着剤の2−1．使用方法

硬化を速めるための硬化促進剤です。

（１）瞬間接着剤を適量塗布します。塗布量の目安

従来は、ゴム系接着剤や両面テープ、エポキシ系は0.01ｇ程度です。

接着剤を使用していましたが、ゴム系接着剤は耐熱（２）フラットパッケージをセットします。

性が低く、ハンダディップ工程での脱落や位置ずれ（３）硬化促進剤をフラットパッケージと基盤の間といった不良が多く発生しました。両面テープは作から塗布します。毛細管現象により硬化促進業性が悪く、また基盤にパッケージを貼り合わせた剤がフラットパッケージの接着面全体に広が後の位置の修正が困難でした。エポキシ系接着剤はり、瞬間接着剤を瞬時に硬化させます。

32−4．絶縁抵抗耐湿性
櫛形電極に塗布したThreeBond1738および1739
を、ThreeBond1796Eで硬化させた硬化物の絶縁抵抗を測定した結果を表２−２に示します。
印加電圧の有無に関わらず、高温高湿下に長時間暴露しても絶縁抵抗が低下することはありません。

2−5．硬化促進剤のフラックスに対する影響
2種類のフラックスにThreeBond1796Eを10重量％添加し、室温で1日および5日放置した後、櫛形電極を用いてフラックスのインピーダンスを測定した結果を示します。
フラックスに硬化促進剤が混入すると、フラックスが変色する場合がありますが、フラックスの絶縁性に影響を及ぼすことはありません。

2−6．使用上の注意
本フラットパッケージ固定方法を使用するにあたって、不良率を低減するため以下の点に注意してください。
まず、フラットパッケージが固定される部分の基盤に穴をあけてください。（２−１．使用方法の写真参照）。この穴の目的は、フラットパッケージを乗せた時に、余分に塗布された接着剤が広がって端子部分に流れ込まないように基盤の下に逃がすこと、またハンダディップ時に発生するガスを逃がしてフラットパッケージの浮きや位置ずれ、脱落を防止することです。
接着剤を使わないハンダゴテによるハンダ付け方法から本固定方法に変更する場合は、ハンダディッ
プ工程でリード間にハンダブリッジが起こらないよ
うに、フラットパッケージや周辺部品の配置の仕方について検討してください。

2−2．性状と一般特性（表2−1）
接着剤はジェル状で、傾斜のある作業台でも流れ落ちることがありません。また、セットタイムをやや遅め（30〜40秒）に設定してありますので、貼り合わせ後の位置決めや修正が容易にできます。

2−3．硬化速度（図2−1）
硬化促進剤を使用することにより、フラットパッケージを2〜10秒以内に固定することができます。

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図2−1．ThreeBond1738の硬化速度比較

表2−1．フラットパッケージ仮固定用瞬間接着剤・硬化促進剤の性状と特長

表2−2．硬化物の絶縁抵抗耐湿性

図2−2．ThreeBond1796Eのフラックスに対する影響

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3．BGA、CSP用接着剤

常、エポキシ系樹脂が使用されます。

今日の携帯パソコンやPHSなどの携帯通信機器の普及に伴い、電子機器は更なる小型軽量化、高機能化、高速化が必要とされてきています。これを実現

アンダーフィル剤に求められる特性は
1．冷熱サイクルにおいても接続の信頼性を保持することするためには、電子部品の小型化・高集積化とそれ2．耐ハンダリフロー性があることらの部品の高密度実装技術が必要となります。従来

3．リペアが可能であることから用いられているQFPでは線配列のため多ピン化などがあげられます。また、生産性の面からは低温にも限界があり、同時に内部のチップ面積の数倍か硬化や短時間硬化が望まれます。弊社推奨樹脂、低ら数十倍の基板占有面積が必要となるため、対応が温硬化型１液性エポキシ樹脂ThreeBond2206の性難しくなってきているのが現状です。

状・特性を表３−１に示します。

そこで現在脚光を浴びているのがBGA(Ball Grid

これまでの一般的な１液性エポキシ樹脂を硬化さArray)、CSP(Chip Size/Scale Package）を用いた実せるには80℃以上の加熱が必要でしたが、装です。CSPとはBGAの狭ピッチのもので、「チッThreeBond2206は60℃以上の加熱により硬化させる

プサイズと同等あるいはわずかに大きいパッケージことができます。また、低温硬化型の１液性エポキの総称」であり、FPBGA(Fine Pitch Ball Grid Array)

シ樹脂としては接着強さに優れています。また、ガとも呼ばれています。

ラス転移点は107℃とあまり高くありませんが、十BGA、CSP実装ではQFPと比べて占有面積が狭く分な信頼性を有しています。

なるだけでなく、ハンダボールが溶融して接続するリペア性と接続信頼性は相反するものであり、どため、高さのバラツキ許容度が高く、QFPのようなちらがより重要かを慎重に判断する必要がありまリードの変形の問題もありません。

す。ThreeBond2206はパッケージを180℃以上に加さらに、ハンダボールの溶融時の表面張力によりセルフアライメント効果があります。この効果によ熱することで、スクレーパー等を用いて基板より引き剥がすことができます。

りマウント時のズレを1.5mmピッチの場合で最大0.6mmまで自動補正することができます（図3−13））。
詳しい理論は割愛させていただきますが、今では実装歩留まりもQFPよりも良くなっています。

3−2．BGA、CSPのまとめ
BGA、CSPはその占有面積、実装歩留まりの良さから、今後ますます一般的に用いられるようになると思われます。それに伴い、生産性向上・信頼性向

3−1．BGA、CSP実装用封止樹脂
BGA、CSPはハンダ接続部がφ0.2〜0.5mm程度と小さく、外部からの応力に対する接続信頼性を向上上等が求めれてくるでしょう。私たち樹脂メーカーも樹脂の改良等を行いBGA、CSP実装の役に立っていきたいと考えています。

させるため、アンダーフィルと呼ばれる封止材料をパッケージと基板の間に使用します。この樹脂は通図3−1．セルフアライメント効果（1.5mmピッチ）6

表3−1．ThreeBond2206の性状と一般特性

4．フリップチップ実装用接着剤
携帯情報機器の薄型、軽量、高機能化の流れを支えるキーテクノロジーの一つとして、半導体の高密度実装が挙げられます。中でも結線のパスの短い分、周波数特性に優れる接着剤を用いたフリップチップ実装技術が注目を集めています。
ベアチップ（パッケージされていないICチップ）を接着剤でフリップチップ接続（半導体回路面をフェイスダウンの状態で接続）する方法には、図４−１のａ〜ｆに示すようにセットメーカー各社から独自の方法が開発され、報告されています。
スリーボンドでは、図４−１のｂまたはｅで用いる圧接型のアンダーフィル剤およびｄに用いる異方導電性ペーストの開発を行い、その幾つかが商品化に至っています。以下それぞれについて説明し

図4−1．ベアチップを接着剤でフリップチップ接続する各種方式ます。

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4−1．圧接型アンダーフィル剤
フリップチップ接続において、電気的接続を得る品化されています。これら三商品の特長と一般性状、特性を、表4−1に示します。

手法は様々ありますが、BGA／CSP用アンダーフィ

特ル剤で述べたように、実装後の信頼性を維持するた

１）ポットライフが長いめには、フリップチップ方式による接続においてもアンダーフィル剤は欠くことができないものとなっています。現在、スリーボンドでは、圧接型アンダ

長25℃で8時間２）高信頼性−40℃∽125℃×1,000サイクル以上

ーフィル剤として、用途別に、粘度、充填剤も異な

３）低塩素イオン濃度

ったThreeBond2271、2271B、2271Cの三商品が、商10ppm以下

表4−1．圧接型アンダーフィル剤の性状と一般特性

4−2．マイクロカプセル型異方導電性接着剤
ファインピッチ接続、低接続抵抗、実装工程の簡れて金属接続が生まれ、電気的接続が可能となりま略化を目的としたマイクロカプセル型異方導電性接す。隣接する電極間に存在するMCフィラーには圧着剤（Micro-capuslated Electrically Anisotropic

力が作用しないために、仮にMCフィラーが連なるAdhesive）は、導電性Agフィラーをエポキシ系接着ことがあったとしてもこれら電極間の絶縁は保たれ剤に分散させて、異方導電性の機能を付与した接着ます。加圧後に接着剤が硬化するまで加熱し、接着剤です。電気的接続に用いるAgフィラーを、予め厚剤の硬化収縮力により、ICチップを基板の上に固定さ約1,000Åの絶縁樹脂層で被覆することにより、バして、電気的な接続状態を保持します。

ンプと基板電極で押しつぶされるMC（Micro-8capsule）フィラーについてのみ表面絶縁層が破壊さ特長程度と大きいことがわかります。
3）実装工程の簡略化

1）ファインピッチ接続対応
10μｍギャップの櫛形電極を用いた絶縁試験にチップをアライメント後、加圧・加熱することおいて10 Ω以上の値に示します。

により、電気的接続と樹脂封止の工程が完了しま

2）低抵抗す。

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樹脂ボールにAuメッキした導電粒子（Ａu/Resin）とMCフィラーとをそれぞれ含む異方導電性接着剤

本異方導電性接着剤については、ユーザーにおを用いた場合について比較しました（図4−2）。Ａ

ける様々な条件により、ベースとなる封止用エポu/Resinに比べMCフィラーを用いた接着剤は1/10

キシ樹脂とMCフィラー粒子径および添加量の変更〜1/50の2〜3ｍΩの低い抵抗値を示します。また、が可能であることから、代表配合として試作品

接続部での抵抗を変化させずに流せる電流、すな

33A-469Bの一般性状、特性を表4−2に示します。

わち臨界電流は4,000ｍＡとＡu/Resinの場合の8倍

図4−2．電気特性

表4−2．33A−496Bの性状と一般特性

94−3．今後の課題

様々なユーザーニーズ（他の実装方式も含めて）に応えていく必要があることを実感しています。

接着剤によるフリップチップ実装は、セットメーカー独自の技術によるところが大きく、対象となる当面の大きな課題としては、実装後、不具合を検チップ、基板および実装条件とも様々でフルカスタ知した際のリペアーの問題があります。この問題にムといえます。また、この技術自体が、発展途中のついては、接着剤組成および実装条件のコントロー技術であり、これからも様々な技術的なブレイクスルという両面からの開発が必要であると考えていまルーが必要であると考えられます。このことからも、す。

使用されるアンダーフィル剤、異方導電性接着剤も株式会社スリーボンド研究所

開発部

工材公共事業開発課

三国博之
島隆広
久保山健二

参考文献
1）最新

精密接合技術集成、（株）総合技術センター

2）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

3）萩本栄二著「CSP技術のすべて」ｐ．26
4）佐藤武彦：5）R.Estes:

導電性接着剤接続技術

回路実装学会誌

ＶＯＬ．10 ＮＯ.6（1995）．

Polymer Flip Chip PFC:A Technology Assessment of Solderless Bump Processes and Reliability ,Proceedings of the Adhesives in Electronics 94, Berlin, November2-4,1994.
6）松本優、藤井明、角井和久、神谷佳久、佐々木康則、吉良秀彦：ソルダレスマイクロボンディン

グ 、溶接学会、マイクロ接合研究会資料ＭＪ-230-94(1994-9)
7）戸村善広、別所芳宏、小野正浩、塚本勝秀、石田徹、面屋和則、小林孝志：

導電性接着剤を用いたフ

リップチップ実装 、電子材料、No.9(1994),228）塚越功、中島敦夫、小林宏治、上野勝幸：

異方導電性フィルムを用いた高密度実装の現状 、MES

95論文集、ｐｐ．139-142(1995-4)
9）H.Date, Y.Hozumi, H. Tokuhira, M. Usui, E. Horikoshi and T. Sato:

Anisotropic Conductive Adhisive forFine Pitch Interconnections , Proc. of ISHM Fall Meeting 1994(1994-11)10）畑田賢造：バンプダイレクト接続 、回路実装学会、研究会「フラックスレスソルダリング技術とソルダレス接続技術の動向」、pp29-33,1995.3.
11）貫井孝：低温ソルダレスボンディングの一手法：「ELASTIC」方式 、接合の低温下とソルダレスボ

ンディング−先端実装研究会報告、プリント回路学会、先進実装研究会、pp68-75,(1993-7)

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