アンダーフィルとは

アンダーフィルとは、フリップチップ実装したチップと基板の隙間へ流し込む樹脂です。 バンプ1点に集中していた熱応力を面全体へ分散させ、バンプ接合部の寿命を延ばします。

定義・解説

アンダーフィルが必要になる理由は、材料の違いにあります。チップはシリコン、基板は有機材料です。温度が変わったとき、両者が伸びる量には差が出ます。この差は、両者を結んでいる部分へ力として集まります。

隙間が空いたままだと、その力はバンプだけが受け止めます。バンプは小さく、断面積も限られます。温度が上下するたびに変形の差を吸収し続ければ、やがて亀裂が入ります。半導体製品は動作中に発熱し、停止すれば冷えるため、この上下は使用期間を通じて繰り返されます。

隙間を樹脂で埋めると、力の受け手が増えます。チップと基板が面で結ばれるため、変形の差が広い面積へ分散します。バンプ1点あたりにかかる力が下がり、接合部の寿命が延びます。

アンダーフィル ─ 力の受け手を面へ広げる

隙間が空いていると、チップと基板の熱膨張差をバンプだけが受け止めます。樹脂で埋めると両者が面で結ばれ、力が広い面積へ分散します。充填方法は、接合後に縁から吸わせるキャピラリ式と、接合前に載せて同時に埋めるノーフロー式の2つです。

バンプの間隔が狭くなるほど、隙間も狭くなります。樹脂が奥まで届きにくくなり、樹脂が止まった先は空隙のままです。空隙はそこ自体が応力の集中点になるため、埋めたつもりでかえって信頼性を下げます。

樹脂に混ぜるフィラーの粒径の上限も、隙間の高さで決まります。フィラーは熱膨張の度合いを調整し、機械的な強度を上げる役目を持ちますが、粒が隙間より大きければ入口で詰まります。狭ピッチ化は、材料側の設計にも影響します。

隙間が狭くなるほど、樹脂は奥まで届かなくなる

バンプの間隔が狭くなるほど隙間も狭くなり、樹脂が奥まで届かなくなります。届かなかった部分は空隙として残り、そこが応力の集中点になります。隙間より大きいフィラーの粒は、入口で詰まります。

ハイブリッドボンディングのようにバンプを省く方式では、隙間そのものが無くなるため、アンダーフィルの工程も省けます。接合方式の選択が、そのまま材料工程の有無を決めます。Besiは公式製品ページでダイアタッチ装置の製品群を掲載しています。

アンダーフィルとは何ですか？

フリップチップ実装したチップと基板の隙間へ流し込む樹脂です。バンプ1点に集中していた熱応力を面全体へ分散させ、バンプ接合部の寿命を延ばします。

なぜ樹脂を入れるのですか？

チップと基板が熱で伸びる量に差があるためです。シリコンと有機基板では膨張の度合いが異なり、温度が上下するたびにその差がバンプへ力として集中します。繰り返せばバンプに亀裂が入ります。

隙間を埋めるとなぜバンプの寿命が延びるのですか？

力の受け手が増えるためです。隙間が空いていればバンプだけが両者を結んでいるため、変形の差はすべてバンプが受け止めます。樹脂で埋めればチップと基板が面で結ばれ、力が広い面積へ分散します。

キャピラリ式とは何ですか？

接合したあとで隙間の縁へ樹脂を置き、毛細管現象で吸い込ませる方式です。接合とは別の工程になりますが、材料と条件を独立に選べます。

ノーフロー式とは何ですか？

接合の前に樹脂を先に載せておき、チップを押しつけて接合すると同時に隙間を埋める方式です。工程数が減る一方、接合と両立する樹脂の設計が難しくなります。

狭ピッチ化で何が問題になりますか？

隙間が狭くなり、樹脂が奥まで届きにくくなります。樹脂の届いた縁から先が空隙として残ると、そこが応力の集中点になり、かえって信頼性を下げます。樹脂に混ぜるフィラーの粒径の上限も、隙間の高さで決まります。

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