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(2) な る.. した エ ポ キ シ樹 脂 の 貯 蔵 弾 性 率 の 温 度 依 存 性 を図2に. そ こ で,ヒ. ー トサ イ ク ル試 験 中 にCOB構. 造 体 内部の微. 細 配 線 間 の 配 置 な ら び に加 熱 ・冷 却 で の 樹 脂 物 性 が 熱 残 留. 域 の 貯 蔵 弾 性 率 は,ガ. 応 力 に及 ぼ す 影 響 を有 限 要 素 解 析 に よ っ て 求 め た.さ. と,急 激 に 低 下 して 最 終 的 に は0.15GPa程. らに,. 示 す.. この 図 か らわ か る よ う に エ ポ キ シ樹 脂 の ガ ラ ス 転 移 温 度 領 ラ ス転 移 温 度 で あ る363Kを. 越 える. 度 に 収 束 す る.. この 問 題 を解 決 す る た め に微 細 配 線 を保 護 す る樹 脂 の 貯 蔵. 2.2解. 弾性 率 に 注 目 して,Auバ. 有 限 要 素 解 析 に 当 っ て は,構 造 の対 称 性 を 考 慮 して 右 側. ン プ に 生 ず る 熱 残 留 応 力 と樹 脂. 物 性 の 影 響 に つ い て 検 討 した. 2.有 2.1解. 半 分 を対 象 と し,中 央 部 下 端 を全 面 拘 束,最 左 端 はY軸. 限 要 素解 析. 方 向 の み 自由 と した.有. 図3に 示 す.こ. 析モデル および物性値. 解 析 の 対 象 と したCOB構. 析方 法. こ で,中 央 部 お よ び端 部 に 位 置 す るAuバ. ンプ をそ れ ぞ れ 内側,外. 造 体 の 断 面 形 状 を 図1に. 示 す.. の 四 角 形 要 素 で,解. 側 とす る.使 用 した 要 素 は8節 点. 析 対 象 を6864個. COB構 造 体 はLSIチ ッ プ と 基 板 間 にAuバ ン プ を 有 し, この 周 りを熱 応 力 緩 衝 用 の樹 脂 で 充 填 した 構 造 で あ る.実. 平 面 ひず み状 態 と して 取 り扱 っ た.分. 際 のCOB構. の正 方 形 に微 小 分 割 した.ま. 造 体 は樹 脂 内 部 にAuバ. ンプ が 複 数 あ る が,. 本 報 告 に お い て は 内 側 に位 置 す るAuバ す るAuバ. ン プ と外 側 に 位 置. ンプ の ど ち らが 応 力 的 に危 険 か を検 討 す る た め. に 図1に 示 す よ うな 簡 易 モ デ ル に近 似 した.そ LSIチ. ッ プ 全 体 長 さ は そ れ ぞ れ13mmで. 0.02mmのAuバ mmの. 5.5mmの. ン プの 接 合 部 を5μm×5μm ら398Kの. 加 熱 時 と,398. 冷 却 時 を採 り上 げ た.. の 詳 細 は,. あ る.ま た,幅. 脂 厚 さ0.03mm,基. 体 長 さ は そ れ ぞ れ13mmで. 幅0.02mmのAuバ. 割の際 には メ ッシュ. た,温 度 条 件 は実 際 の 温 度 サ. イ ク ル 試 験 を 想 定 して,293Kか ら218Kの. の メ ッ シ ュ に分 割 し,. ンプ を樹 脂 内 部 の 中央 部 か ら1mm,5.5. 位 置 に厚 さ0.285㎜,樹. 0.40mmで,全. 粗 さの 影 響 を考 慮 して,Auバ. Kか. 下部 を除いた. 限要 素 分割 モ デ ル を. 板厚さ. あ る.ま. た,. ン プ を 樹 脂 内 部 の 中 央 部 か ら1mm,. 位 置 に そ れ ぞ れ 配 置 した.解 析 に用 い た 各 構 成. 材 料 の 熱 的 ・機械 的 性 質 を 表1に 示 す.こ. こで,樹. 脂や基. 板 は 有 機 材 料 で 貯 蔵 弾 性 率 や 線 膨 張 係 数 が 温 度 に 大 き く依 存 す る. そ こで,こ れ らの 機 械 的特 性 を動 的 粘 弾 性 測 定 装i置(㈱ ユ ー ビ ー エ ム)な ら び に 熱 機 械 分 析 装 置(㈱ 島 津 製 作 所) に よ って 測 定 し,そ れ らの値 を解 析 に用 い た.な お,測 定 Fig. 2. Fig. 3 Fig. 1. Cross. section. of COB package. Table. Z50. 1. Thermal. Meshing. Storage. of. finite. modulus. for resin. element. analysis. of. COB. package. and mechanical. characteristics. of materials. 成形 加 工. 第18巻. 第2号2006.
(3) 3.解. 析 の 妥 当性. 解 析 の 妥 当 性 を検 討 す るた め に,反. り変 形 挙 動 の解 析 値. と実 験 値 の 比 較 を行 っ た.具 体 的 に は,妥 当性 お よ び 普 遍 性 を 持 た せ た めCOB構. 造 体 の 基 板 厚 さ(hs)を0.075. mm,0.1mm,0.2mm,0.4mmと 293Kの. 変 化 させ て,453K〜. 熱 負荷 を加 え た 際 に生 ず る 反 り変 形 量 を解 析 お よ. び実 験 で 求 め た.な お,解 析 条 件 は前 節 と図3に 示 す 拘 束 条件 お よ びモ デ ル で あ る.実 験 で は,反 る 際 に は,COB構. 造 体 内 部 のAuバ. り変 形 挙 動 を求 め. ン プ は微 細 か つ 剛 性. が小 さい た め 反 り変 形 挙 動 に 与 え る影 響 は 小 さ い と考 え て 取 り除 き レ ー ザ ー 変 位 計 に よ り測 定 した. 図4に. は,一 例 と してCOB構. 0.4mmの. 造 体 の 基 板 厚 さ(hs)の. 場 合 の 時 間 と反 り変 形 挙 動 の 関 係 を示 して い る.. こ こ で,反. り変 形 量dは,曲. 率 半 径 の 変 化 を 示 し て い る.. Fig. 4. Warp. deformation. behavior. Fig. 5. Relationship between substrate thickness. changes. with time. 同 図 か らわ か る よ う に,時 間 の経 過 と共 に 反 り変 形 量 は 増 加 す る こ とが 分 か る.100秒 程 度 まで は 反 り変 形 量 は小 さ いが,そ れ 以 上 で は,樹 脂 の 弾 性 係 数(図2に 示 す)が 大 き くな りLSIチ. ッ プ と基 板 の 熱 膨 張 が 樹 脂 を 介 し て 相 手. 材 に伝 わ っ た結 果,反. り変 形I量も大 き くな る.こ. こで,反. り変 形 量 が 定 常 状 態 の 際 の 反 り変 形 量 を 残 留 反 り変 形 量 と 定 義 す る. 次 い で,基 板 厚 さ(Hs)を. 種 々 に変 化 させ た 際 の 解 析. 値 と実 験 値 の結 果 を図5に 示 す.同. 図 か ら わか る よ う に基. 板 厚 さが 大 き く な る と反 り変 形 量 も大 き くな る こ とが 分 か る.こ れ は,基 板 が 薄 い場 合 は,LSIチ ップが構造 体 の剛 性 の 大 部 分 を 占め て い る た め 反 り変 形 量 は小 さい が,基 が 厚 くな る と基 板 の 剛性 が 増 し,LSIチ. 板. ップ の 基 板 の 線 膨. 張 係 数 差 の 影 響 が 大 き くな っ て 反 り変 形 量 も増 大 す る.実 験 と解 析 の 両 者 と も同 様 な傾 向 が み られ る だ けで な く,比. warp. deformation. and. 較 的 に よ く一 致 して い る と い え る.こ の こ とか ら,こ の よ う な系 につ い て は時 間 依 存 性 の 影 響 が 小 さ く温 度 依 存 性 を. くな る とAuバ ③Auバ. 考 慮 す れ ば 理 論 的 な 知 見 を得 られ る と考 え た.. ン プ の 断 線 の危 険 性 は 減 少 す る と 考 え た.. ン プ が 断 線 す る 理 由 を以 下 の よ う に 考 え た.ヒ. ー. トサ イ ク ル 中 に樹 脂 が 厚 さ方 向 に膨 張 お よ び収 縮 して, 4.結 4.1ヒ. そ れ がAuバ. 果 お よび 考 察. 剛 性 を 占 め るLSIチ. ー トサ イ ク ル 中 に 生 ず る 熱 残 留 応 力 お よ び 反 り. 変形挙動 ヒ ー トサ イ ク ル は 通 常,常 温(293K)か. ら398Kの. 加. 熱 の後,398Kか ら218Kの 冷 却 を 行 う.こ の 加 熱 ・冷 却 の ヒ ー トサ イ ク ル が 加 わ る と 異 種 材 料 か ら構 成 さ れ る COB構. 造 体 の 内 部 に 熱 応 力 が 生 じ,こ の 熱 応 力 がAuバ. ンプ に作 用 して 破 断 に い た る と考 え られ る.そ を行 う上 で,こ. のAuバ. ン プ に作 用 して 断 線 す る.ま た,大. こ で,解 析. ン プ の破 断 す る現 象 を以 下 の よ う. 部分 の. ッ プ と基 板 の 線 膨 張 係 数 の 差 が 貯. 蔵弾 性 率 の 小 さ い樹 脂 に集 中 し,樹 脂 を大 き く歪 ませ る そ して,Auバ ン プ に せ ん 断 応 力 が 生 じ断 線 す る.以 上 この か ら,Auバ ン プ に生 ず る 最 大 主 応 力 向 の 熱 応 力 お よ びせ ん 断 応 力 が 原 因 で あ る と考 えた. 以 上 の こ とか ら,COB構. 造 体 に生 ず る厚 さ 方 向 の 熱 残. 留 応 力 お よ びせ ん 断 応 力 を 有 限 要 素 解 析 に よ っ て求 め た. そ の 結 果 をそ れ ぞ れ 図6,図7に 図6に. は,ヒ. 示 す.. ー トサ イ ク ル 中 に微 細 配 線 に 生 ず る 熱 応 力. に仮 定 した.. を示 して い る.破 線 は 内側 に位 置 す るAuバ. ① 信 頼性 評 価 試 験 中 のAuバ ンプ の 断 線 は,長 期 に わ た っ て 繰 り返 し加 重 が 加 わ りAuバ ン プ 内 に 塑 性 ひ ず み が 蓄. 側)に. 生 ず る 最 大 主 応 力 を 示 し,実 線 は 外 側 に 位 置 す る. Auバ. ン プ(以 下,外. 積 し た た め と も考 え られ る が,本 報 告 で は,樹 脂 物 性 が Auバ ン プ に生 ず る応 力 に 及 ぼ す 影 響 に つ い て 着 目 した. る.こ. 樹 脂 が 厚 さ 方 向 に熱 膨 張 す る た め 増 加 し,加 熱 初 期 段 階 で. め,塑 性 に つ い て は考 慮 し なか っ た.. 最 大 とな るが,樹. ②Auバ. ン プ に は 様 々 な 応 力 お よ び ひず み が 生 じそ れ らが. こで,加. 側)に. ン プ(以 下 内. 生 ず る 最 大 主 応 力 を 示 して い. 熱 時 に 注 目す る と,内 側 に 生 ず る 熱 応 力 は, 脂 の ガ ラ ス 転 移 温 度 以 上(363K)に. る と樹 脂 の 貯 蔵 弾 性 率 が 著 し く低 下 す るた め に,厚. な さ方 向. し,材 料 設 計 を行 う 上 で は,大 筋 と な る材 料 物 性 の指 針. の 熱 膨 張 の 影 響 が 低 下 して 熱 応 力 も減 少 す る こ とが わ か る. 一 方 ,外 側 の 場 合 も内 側 と同 様 に樹 脂 が 厚 さ方 向 に 熱 膨 張. を得 る こ とが 必 要 で あ る ため,生. す る た め に 熱 応 力 は 加 熱 が 進 む につ れ て 増 加 す る.そ の 後,. 互 い に作 用 を及 ぼ しあ っ て 断 線 す る と考 え られ る.し か. Seikei-Kakou. Vol. 18. No.2. 2006. ず る熱 残 留 応 力 が 小 さ. 151.
(4) Fig. 6. Thermal. stress. changes. during. heat. cycle. Fig. 8. Residual warp heat cycle. の 大 き いLSIチ. deformation. changes. during. ップ と基板 の両 者 の熱 膨 張が 樹 脂 内 部 に. 集 中 した 結 果,100秒. 付 近 ま で 増 加 をつ づ け る.冷 却 の 場. 合 は,内 側 と外 側 の 両 者 と も冷 却 初 期 に 減 少 す る が,そ. の. 後 増 加 し内 側 と外 側 と も一 定 値 に 収 束 す る.内 側 と外 側 に 差 が 認 め られ な い 理 由 は,冷 却 終 了 直 前 にLSIチ. ップ と. 基 板 の 熱 膨 張 差 に よ っ て樹 脂 が 変 形 させ られ るが,冷 前 に樹 脂 の 貯 蔵 弾性 率 は 大 き い た め,容 め で あ る.こ. 却直. 易に変形 しないた. こ で,冷 却 お よ び加 熱 過 程 で せ ん 断 応 力 が 定. 常 状 態 に 収 束 して い る場 合 を残 留 せ ん 断 応 力 と定 義 す る. そ して,加 熱 時 と冷 却 時 に生 ず る 残 留 せ ん 断 応 力 を比 較 す Fig. 7. Shear. stress. changes. during. heat. る と,内 側 で は 差 が 認 め られ な い が,外 側 で は加 熱 時 が 冷. cycle. 却 時 に比 べ て2倍 程 度 大 きい.加. 熱 時 で は,残 留 最 大 主 応. 樹 脂 の ガ ラ ス転 移 温 度 を迎 え樹 脂 の 変 形 の 影 響 が 少 な くな. 力 の 場 合 と 同様 に,構 成 材 料 の熱 膨 張 の 影響 が 大 き くな る. る と 樹 脂 の 剛 性 が 低 下 し た た め にLSIチ. 加 熱 終 了 直 前 で貯 蔵 弾 性 率 が 低 下 す る た め に,こ. ップ と基 板 に. よ っ て樹 脂 が 変 化 させ られ て,最 大 主 応 力 もそ の ま ま増 加 す る.一 方,冷 却 の場 合 は 内側 と外 側 と両 者 と も減 少 す る.. の ように. 内 側 と外 側 に差 が 生 ず る もの と考 え られ る. 以 上 の 結 果 か ら,熱 応 力 の 面 で はAuバ. ンプに発生 す る. 特 に.樹 脂 が ガ ラ ス 転 移 温 度 以 上 に な る と貯 蔵 弾 性 率 が 大. 最 大 主応 力 お よ び せ ん 断 応 力 は冷 却 時 よ り加 熱 時 の 方 が 大. き くな る た め に,再 び 大 き くな っ て,そ. き く,か つ 内 側 よ り外 側 の 方 が 大 きい こ と を明 らか に し た,. の後一定値 に収束. す る. こ こ で,加 熱 お よび 冷 却 過 程 で 最 大 主 応 力 が 一 定 に 収 束. 断 に 及 ぼ す 影 響 が 大 きい こ と が 分 か っ た.従. して い る際 の 最 大 主 応 力 を残 留 最 大 主 応 力 と定 義 し,加 熱. 構 造 体 の 高 信 頼 実 装 を達 成 す る た め に は,加 熱 時 に外 側 に. と冷 却 を比 較 に生 ず る残 留 最 大 主 応 力 を比 較 す る.す. 生 ず る最 大 主 応 力 お よ び せ ん 断 応 力 を低 減 す る必 要 が あ る. る と,. また,樹. 脂 の 貯 蔵 弾 性 率 が 残 留 最 大 主 応 力 お よ び残 留 せ ん っ て,COB. 冷 却 時 よ り加 熱 時 に 内 側 と外 側 と も に最 大 主 応 力 が 冷 却 時. こ と と,樹 脂 の貯 蔵 弾 性 率,特. よ り大 きい こ とが わ か る.さ. 性 係 数 を 正 し く設 計 す る 必 要 が あ る と思 わ れ る.. らに,加 熱 時 の 内 側 と外 側 の. 残 留 最 大 主 応 力 を比 較 す る と,外 側 の 方 が 大 きい.外. 側の. COB構. に ガ ラ ス転 移 温 度 以 上 の 弾. 造 体 が 反 る こ と に よ っ て,Auバ. ン プが 変 形 させ. 方 が 生 ず る 熱 残 留 応 力 が 大 き くな る理 由 は,次 の とお りで. られ る こ と か ら,Auバ. あ る.樹 脂 は加 熱 が 進 み ガ ラ ス転 移 温 度以 上 の 温 度 が 加 わ. も重 要 で あ る と考 え られ る.そ. る と貯 蔵 弾 性 率 が 著 し く低 下 し,変 形 が 容 易 と な る.そ の. り変 形 挙 動 につ い て も有 限 要 素 解 析 を行 っ た.な お,解 析 で はCOB構 造 体 の 曲 率 半 径 の 変 化 を 反 り変 形 量 と し た.. 結 果,LSIチ. ップ と基 板 に よつ て 樹 脂 は 容 易 に変 形 させ ら. れ,特 に,外 側 は顕 著 に 変 形 す る た め で あ る.こ. の よ う に,. そ の 結 果 を 図8に. ンプ の 反 り変 形 挙 動 を求 め る こ と. 示 す.ま. こ で,温. 度サ イクル中の反. ず,293〜398K加. 熱 の場 合 に. 樹 脂 の貯 蔵 縦 弾 性 率 は,最 大 主応 力 に多 大 な 影 響 を与 え る. お い て 反 り変 形 量 は 加 熱 が 進 む に つ れ て 増 加 し,LSIチ. ッ. だ け で な く,Auバ. プ の 下 を 凸 に した 方 向 に40μm程. 却. ンプの配置 に よってそ の影響 は異 な る. こ とが わ か る. 次 い で,せ ん 断 応 力 に つ い て着 目す る.こ. 方,冷. の 場 合 で は,冷 却 初 期 で 反 り変 形 量 が 減 少 し,最 終 的 に は こで,図7に. 示 す,正 負 は せ ん 断応 力 の 生 ず る 方 向 を示 す.同 図 よ り, せ ん 断応 力 は,加 熱 が 進 む と と もに 単 調 増 加 す る.特 に 外 側 は,温 度 上 昇 す る と樹 脂 の 貯 蔵 弾性 率 が 低 下 して,剛 性 152. 度 生 ず る.一. 逆 向 き のLSIチ. ッ プ の 上 を 凸 に し た 方 向 に 反 る.そ. は,冷 却 が 進 む と と もに 単 調 増 加(負. の後. の 向 き に)し て,30. μm程 度 とな る.こ こ で,冷 却 時 と加 熱 時 の 反 り変 形 量 を 比 較 す る と,加 熱 の 方 が 冷却 よ り大 きい こ とが わ か る. 成形 加 工. 第18巻. 第2号2006.
(5) Fig. 9. Schematic. diagram. deformation. Fig. 11. Fig. 10. 4.2微. Residual distribution. maximum principal around Au bump. Example. of profile. stress. 細配線 内部に生 ずる熱応力. 前 節 の 結 果 か ら,加 熱 の 際 にAuバ 性 が 高 い と考 え,293Kか. ら398Kの. ンプ が 断 線 す る危 険 加熱 時の場 合 に着 目. して 有 限 要 素 解 析 を 行 っ た. 図9に は,加. 熱 時 のCOB構. らわ か る よ う に,COB構 た 形 に40μm程. 造 体 の 変 形 を 示 す.同. 造 体 はLSIチ. 図か. ップ を下 に凸 に し. れ は接 着 剤 の 剛 性 が 非 常 に小 さ く,基 板 の 線 膨 張 係 数(15 ×10‑6/K)がLSIチ ッ プ の 線 膨 張 係 数(3.4x10‑6/K)よ. 次 い で,Auバ. Profile. of storage. modulus. デ ィで も ガ ラ ス 転 移 温 度 以 下 の ガ ラ ス状 領 域 で は 同 じで あ り,ガ ラ ス 転 移 温 度 以 上 の ゴム 状 領 域 の み変 化 す る も の とす る.. り も大 きい ため で あ る. Auバ. Fig. 12. 度 の 反 り変 形 が 生 ず る こ と が わ か る.こ. ン プ 周 りの 主 応 力 に 着 目す る.図10に. ンプ 近 傍 の 残 留 最 大 主 応 力 分 布 を 示 す.図. ③ 貯 蔵 弾 性 率 の プ ロ フ ァ イ ル の ケ ー ス ス タデ ィは ヒー トサ. 中に示す. 矢 印 の 長 さ は残 留 最 大 主 応 力 の 大 き さを 示 し,方 向 は そ の 向 きで あ る.同 図 に示 す よ うに,Auバ. ン プ近 傍 に大 きな. 最 大 残 留 主 応 力 が 生 じて い る こ とわ か る.特 に,Auバ. ン. イ ク ル試 験 の 加 熱 の 領 域,293Kか. ら398Kま. で とす る.. ④ ガ ラ ス 転 移 温 度 点 で の ケ ー ス ス タ デ ィの プ ロ フ ァ イ ル ENが 基 準 プ ロ フ ァ イ ル と 同 じ値 を と る よ う に 基 準 プ ロ フ ァ イ ル を縦 軸 に △E移 動 さ せ た の ち横 軸 に △T程 平 行. プ の 四 隅 に大 き な主 応 力 が 生 じて い る.内 側 の 場 合 は,Au バ ン プの 左 下 が 最 大 とな り,外 側 は左 上 が 最 大 と な る.ま. 移 動 させ て,最 終 定 的 な ヒー トサ イ ク ル温 度(398K)で. た,残 留 最 大 主 応 力 は,総. 上 記 手 法 に よ っ て,図12に. じて 厚 さ 方 向 に分 布 す る結 果 が. の 貯 蔵 弾 性 率 恥 を種 々 に 変 化 させ た. 示す弾 性係 数 の プ ロ フ ァイ. 得 られ た.熱 残 留 応 力 の低 減 化 を検 討 す る際 は,こ の 最 大. ル を求 め た.ERの. に な っ た部 分 に 注 目 して 解 析 を行 っ た.. と一 定 の場 合 の プ ロ フ ァイ ル も採 り上 げ た.ま た,詳. 4.3熱. 残 留 応 力 お よび 反 り変 形 挙 動 に お よ ぼ す 貯 蔵 弾 性 率の影響. 影 響 を検 討 す る た め弾 性 係 数 が3.4GPa. 値 は 表2に 示 す. ERを 種 々 に 変 化 さ せ た 際 の 残 留 最 大 主 応 力 お よ び 残 留. 前 節 で は,残 留 最 大 主 応 力 が 最 大 に な る箇 所 を検 討 した. こ の応 力 が 原 因 でAuバ ン プが 断線 す る危 険 性 が あ る と考. せ ん 断 応 力 の 数 値 解 析 結 果 を そ れ ぞ れ 図13,図14に. え られ る.ま た 記 述 の よ う に,ガ ラ ス転 移 温 度 以 上 の樹 脂 の 貯 蔵 弾 性 係 率 が 残 留 最 大 主 応 力 お よ び残 留 せ ん 断応 力 に. 合 に はERfが0.5GPaの バ ンプ の 場 合 は,ERfが. 与 え る 影響 が 大 きい.そ. こで,ゴ. ム状領域 での貯蔵弾 性率. 図13か. ら,残 留 最 大 主 応 力 は,外. も単 調 増 加 す る.ま. 側 のAuバ. た,E,fが0.5GPa未. 内 側 よ り外 側 の 方 が 高 く,ERfが0.5GPa以. きERの 温 度 プ ロ フ ァイ ル を決 定 した.(図11参. は認 め られ な い.. 照) 基準プ. ② 基 準 プ ロ フ ァ イ ル とす る貯 蔵 弾 性 率 は ど の ケ ー ス ス タ Seikei-Kakou. Vol. 18. No.2. 2006. 示 す. ンプ の場. 際 に極 小 とな る.一 方,内 側 のAu 増 加す るにつ れて 残留 最 大主 応力. E,の 影 響 を予 測 す る た め に,以 下 に 記 す 手 法 で 予 測 す べ ① 図2で 示 した 実 験 よ り得 られ た 貯 蔵 弾 性 率E,を ロ フ ァ イ ル とす る.. 細な. 内側 の 場 合 に お い て,ERfの. 満 の 場 合 で は, 上 にな る と差. 値 が 大 き くな る に つ れ て 樹. 脂 の 剛性 が 増 し,樹 脂 自身 の熱 膨 張 に よ って 残 留 最 大 主 応 力 は 高 くな る.一 方,外. 側 の 場 合 は,樹 脂 のERfが 極 め て 153.
(6) Table. 2. Temperature. dependence. of storage. modulus. for resin Uint. Fig. 13. Relationship principal resin. between stress. and. residual storage. maximum modulus. Fig. 15 of. Relationship between residual warp tion and storage modulus of resin. ン プ で はERfが0.75GPaの のAuバ. : GPa. 際 に 極 大 と な る.一 方,内. ン プ で は,ERfが. 応 力 も増 加 す る.こ. deforma-. 側. 大 き くな る につ れ て 残 留 せ ん 断. こで,内. 側 と外 側 の 残 留 せ ん 断 応 力 を. 比 較 す る と,外 側 の 方 が3倍. 程 度 大 きい.. この 残 留 せ ん 断 応 力 の 場 合 も,樹 脂 のERfが 小 さい 場 合 はLSIチ. ッ プ と基 板 の 線 膨 張 係 数 の 差 に よ り樹 脂 に 大 き. な 変 位 が 加 わ り,外 側 の 残 留 せ ん 断 応 力 が 大 き くな る.ER, が0.5GPaに. な る とLSIチ. ッ プ と 基 板 の 変 位 を樹 脂 が 抑. 制 す る た め,外 側 のAuバ. ン プ に 大 き な変 位 が 生 じず,残. 留 せ ん 断 応 力 も小 さ くな る.さ. らに,ER〔 が 大 き く な る と. 今 度 は,樹 脂 自身 の 熱 膨 張 の 影 響 が 大 き くな り,内 側 と外 側 の 両 者 と もに 残 留 せ ん 断 応 力 は 増 加 す る も の と考 え られ Fig. 14. Relationship and storage. between residual modulus of resin. shear. stress. る. 以 上 の 結 果 か ら,樹 脂 のERfの 値 に よ っ て 残 留 最 大 主 応 力 お よ び残 留 せ ん断 応 力 が 変 化 す る こ とが 明 らか と な っ た. ま た,内 側 と外 側 のAuバ. ンプ に 生 ず る 残 留 最 大 主 応 力 お. 小 さい と剛性 が 低 く変 形 が 容 易 で あ る た め,残 留 最 大 主応. よ び 残 留 せ ん 断 応 力 は,ERfの. 力 が 高 い値 を 示 す.そ. の 方 が 大 き くな る傾 向 が み られ,外 側 が 断 線 す る危 険性 が. して,ERfが0.5GPaに. 近 づ くにつ. 値 を種 々変 化 させ て も外 側. れ て樹 脂 の 剛性 が 徐 々 に 増 し,外 側 の 残 留 最 大 主 応 力 は低. 高 い と思 わ れ る.COB構. くな る が,次 第 に樹 脂 自身 の 熱 膨 張 の 影 響 が 顕 著 に現 れ,. 達 成 す る に は,外 側 のAuバ. 再 び残 留 最 大 主 応 力 は 大 き くな る.. び 残 留 せ ん 断 応 力 を低 減 す る こ とが 必 要 不 可 欠 で あ る.. 図14に て い る.こ. は,内 側 と外 側 に 生 ず る残 留 せ ん 断 応 力 を示 し こ で,図 中 に示 す,正. 方 向 を示 す.同 154. 負 はせ ん 断 応 力 の 生 ず る. 図 よ り,残 留 せ ん 断 応 力 は,外 側 のAuバ. 従 っ て,外 側 のAuバ. 造 体 の 高 強 度 ・高 信 頼 性 実 装 を ン プ に生 ず る残 留 主 応 力 お よ. ンプ に 生 ず る 残 留 主 応 力 お よ び 残 留. せ ん 断 応 力 を最 小 にす る た め に は,樹. 脂 のERfを0.5GPa. 程 度 に す る こ とが 望 ま しい と考 え られ る. 成 形加 工. 第18巻. 第2号2006.
(7) 次 い で,残 図15に. 留 反 り変 形 量 の 低 減 化 に つ い て 検 討 す る.. が,そ. 樹 脂 の 貯 蔵 弾 性 率 の 値ERfを 種 々 変 化 させ た 場 合. に 生 ず る反 り変 形 挙 動 を示 す.図. の 値 は40〜45μm程. 影 響 は小. さ い.. か らわ か る よ う に,樹 脂. の貯 蔵 弾 性 率 が 増 加 す る と と も に,残 留 反 り変 形 量 も増 加 度 で あ り,樹 脂 の 貯 蔵 弾 性 率ERを. 参. 1) Taketani,. す る こ とが わ か る.し か し な が ら,そ の 値 は40〜45μm程 変 化 させ て も反 り変 形. 常 に 小 さ く,そ の他 の 構 成 材 料 に く らべ て 剛 性 が 低 い た め. 考. 文. 献. N., Hatano, K., Sugimoto, H., Yoshioka, 0.,. Murakami, G. : "CSP with LOC Technology", 1996, Proceeding, 594 (1996). 挙 動 に与 え る 影 響 は 少 な い とい え る.こ れ は樹 脂 厚 さ が 非 2)村. で あ る.. 上. 元:エ. ISHM,. レ ク ト ロ ニ ク ス 実 装 学 会 誌,1(1),19. (1998). 上 記 の 結 果 か ら,Auバ. ンプ に生 ず る 熱 残 留 応 力 を低 減. させ る に は,樹 脂 の 貯 蔵 弾 性 率,特. 3)村. に高 温 領 域 の 値E,を. 元:"熱. 粘 弾 性 解 析 に よ る エ リ ア ア レ イ 型LSI. 学 位 論 文(2000) 4)山. しか しな が ら,残 留 反 り変 形 量 につ い て は,樹 脂 の貯 蔵. 5)呉. 変 化 させ て もほ と ん ど変 化 が 認 め られ な. 装 の 現 状 と 将 来:エ. レ ク トロ ニ ク. 場 伸 治,松. 嶋 弘 倫,原. 田 耕 三,林. 英 二,. レ ク ト ロ ニ ク ス 実 装 学 会 誌,(6),332. (2003) 6)岩. さ な どの 影 響 につ い て も引 き続 き解 析 を行 う必 要 が あ る と い え る.. 強,馬. 木 村 通 考:エ. の こ と か ら,残 留 反 り変 形 量 を低 減 す る に は,. 樹 脂 の 線 膨 張 係 数 や ガ ラス 転 移 温 度 な どの 物 性 や樹 脂 の厚. 口 盛 司:CSP実. ス 実 装 学 会 誌,4(6),457(2001). 力 学 的 手法 に よ って,解 析 を 進 め る必 要 が あ る と考 え られ る. 弾 性 率 の 値ERを. 上. パ ッ ケ ー ジ の 材 料 お よ び 構 造 の 最 適 化 に 関 す る 研 究",. 変 化 させ る こ とが 有 効 で あ る こ と が わ か っ た.今 後 は,Au バ ン プの 破 壊 モ ー ドを実 験 に よ っ て求 め,よ り詳 しい破 壊. か っ た.こ. 度 で あ り,E。,の. 津. 聡,本. 多 位 行:エ. レ ク ト ロ ニ ク ス 実 装 学 会 誌,4. (6),515(2001) 7)田. 中 直 敬,河. 野 賢 哉,三. 浦 英 生,角. 義 之,吉. 田 育 生:. エ レ ク ト ロ ニ ク ス 実 装 学 会 誌,5(5),56(2002). 5.結 COB構. 造 体 を 対 象 に,内 部 に位 置 す るAuバ. 部 に位 置 す るAuバ 行 っ た.そ. 言 ン プ と外. ンプ に生 ず る 熱 残 留 応 力 を 求 め 比 較 を. して,熱 残 留 応 力 や 反 り変 形 を低 減 す る た め,. 樹 脂 の 高 温 領 域 の貯 蔵 弾 性 率E,に を行 っ た.そ の 結 果,以 (1)Auバ. 8)中. ンプ に生 ず る最 大 主 応 力 お よ び せ ん 断 応 力 は 冷. 却 時 よ り加 熱 時 の方 が,ま た 内側 よ り外 側 の 方 が 大 きい. (2)残 留 最 大 主 応 力 は,ERfが. 亮:高 9)中 10)村. 際. 12)中. 際 に極 大 値 を とる.. 13)中. 14)中. 程 度 にす る こ と が 望 ま しい と考 え られ る. (5)残 留 反 り変 形 量 は,E,,の. Vol.18. 田. 分 子 論 文 集,51(12)(1994). 村 省 三:回. 路 実 装 学 会 誌,12,173(1997). 上. 村 省 三,御. 元,中. 田. 護,宮. 野. 靖:エ. レク ト. 村 省 三,村. 上. 元,井. 坂 和 博,上. 野 恵 尉,中. 村 敬 一:. 村 省 三,河 野. 務,御. 田. 衛,上. 野 恵 尉:プ. ラス チ ッ. No.2. 村 省 三,串. 崎 義 幸,村. 上. 元,木. 戸 光 夫:エ. レク ト. 崎 義 幸,木. 戸 光 夫:エ. レク ト. ロ ニ ク ス 実 装 学 会 誌,5(4)(2002) 15)中. 村 省 三,後. 藤 雅 彦,串. ロ ニ ク ス 実 装 学 会 誌,5(7)(2002). ンプ に 生 ず る残 留 主 応 力 お よび 残 留 せ ん. 断 応 力 を 最 小 に す る た め に は,樹 』 脂 のERfを0.5GPa. Seikei-Kakou. 崇,春. ク 成 形 加 工 学 会 講 演 論 文 集(1998). (3)残 留 せ ん 断 応 力 は,ERfが 増 加 す る につ れ て 内 側 のAu バ ン プ の 場 合 に は 単 調 増 加 す る が,外 側 で はERfが. (4)外 側 のAuバ. 坂. エ レ ク ト ロ ニ ク ス 実 装 学 会 誌,2(4),291(1999). に極 小 値 を と る.. 0.75GPaの. 沢 弘 二,高. 11) Murakami, M., Mita, S., Nakamura, K. Ueno, K. Nakamura : Chip Scale Review, 2(5), 55(1998). 増加 す るにつ れ て内側 の場. 合 に は 単 調 増 加 す る が,外 側 で はERfが0.5GPaの. 谷 部 昭 男,芹. ロ ニ ク ス 実 装 学 会 誌,3(1),34(2000). 着 目 して 有 限 要 素 解 析. 下 の結 論 を得 た.. 村 省 三,長. 16)中. 村 省 三,串. 崎 義 幸,後. 藤 雅 彦,大. 橋 和 彦,木. 戸 光 夫:. エ レ ク トロ ニ ク ス 実 装 学 会 誌,6(1)(2003). 値 が 大 き くな る と増 加 す る. 2006. 155.
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