アンダーフィルのTg、測り方で43 °C差HenkelのNCP 5209、TMAとDMAで比較
Henkelは、先塗りのアンダーフィルNCP 5209のガラス転移温度（Tg）を、TMAで145 °C、DMAで188 °C1と2つ載せている。Tgとは、樹脂が硬いガラス状態から柔らかいゴム状態へ移る温度を指す。NCP 5209では、測り方を変えるとTgが43 °C動く。ナミックスのフリップチップ用8品番2、HenkelのFP4526、パナソニックのCV5794、MacDermid Alphaの2品番は、品番ごとにTgを1つの値で載せている。
粘度、弾性率、温度サイクルの回数でも、各社の条件には違いがある。粘度は25 °Cの値とそれ以外が並び、粘度計もコーン・プレート型とブルックフィールド型に分かれる。弾性率は、曲げ弾性率、DMAの貯蔵弾性率、25 °Cの弾性率が混ざる。
Tgは、TMAとDMAで別の値になる
Section titled “Tgは、TMAとDMAで別の値になる”TMAは温度を上げたときの寸法の変化を、DMAは弾性率の変化を測る。NCP 5209のデータシートは、CTEをTg以下で28 ppm/°C、Tg以上で80 ppm/°Cとし、DMAで測った25 °Cの貯蔵弾性率を7.3 GPaとしている。DSC、DMA、TMAが封止材のどの物性を測り、反りの計算に何を渡すかは、封止材（EMC・MUF）の記事の表にまとめた。
ほかの公開値は、Tgを1つの値で載せる。ナミックスの8品番、HenkelのFP45263の133 °C、パナソニックのCV57944の180 °C、MacDermid AlphaのHiTechシリーズ5のCU11-3127の177 °C、CU21-3240の165 °Cがそうだ。FP4526の133 °CとナミックスのU8443-14の135 °Cの差は2 °Cで、NCP 5209のTMAとDMAの差43 °Cよりずっと小さい。
粘度の公開値は、測定温度と粘度計が品番ごとに違う
Section titled “粘度の公開値は、測定温度と粘度計が品番ごとに違う”粘度の公開値は、桁で開いて見える。パナソニックはCV5794の粘度を25 °Cで1 Pa·s以下とし、同社の従来品の4 Pa·sより下げたと説明する。HenkelのFP4526は、コーン・プレート型粘度計で25 °Cに測って4,700 mPa·s（4.7 Pa·s）だ。MacDermid Alphaは、ブルックフィールド粘度計で25 °Cに測ったCU11-3127を1.0〜4.0 kcps、CU21-3240を8.0〜16.0 kcpsとしている。ナミックスの8品番は、10〜60 Pa·sを数値だけで載せる。
| 品番 | 粘度の公開値 | 測り方の記載 |
|---|---|---|
| パナソニック CV5794 | 1 Pa·s以下 | 25 °C |
| Henkel FP4526 | 4.7 Pa·s | 25 °C、コーン・プレート |
| MacDermid Alpha CU11-3127 | 1.0〜4.0 kcps | 25 °C、ブルックフィールド |
| MacDermid Alpha CU21-3240 | 8.0〜16.0 kcps | 25 °C、ブルックフィールド |
| Henkel NCP 5209 | 12.5 Pa·s | 25 °C、スピンドル51・5 rpm、チキソ指数2.2 |
| ナミックス 8品番 | 10〜60 Pa·s | 数値のみ |
回転数が効くのは、フィラー入りの樹脂の粘度がせん断の速さで変わるからだ。NCP 5209のチキソ指数2.2は、0.5 rpmと5.0 rpmで測った粘度の比で、遅く回すと粘度が2倍余りになることを示す。CUFの充填時間が低せん断域の粘度で大きく変わることは、アンダーフィル材料の記事で扱った。
パナソニックは、高Tgと低CTEの両立をCV5794の売りにした
Section titled “パナソニックは、高Tgと低CTEの両立をCV5794の売りにした”Tgとあわせて各社が載せるのが、Tg以下のCTE（α1）だ。パナソニックは、高Tgと低CTEを同時に満たすのは難しいとし4、CV5794で従来品のTg 120 °C・CTE 50 ppmに対して、Tg 180 °C・CTE 20 ppm以下を実現したと説明する。CTEを下げると、アンダーフィルと基板の熱膨張の差が縮み、はんだボールにかかる応力が減るという。
| 品番 | Tg | CTE α1 |
|---|---|---|
| パナソニック CV5794 | 180 °C | 20 ppm/°C以下 |
| MacDermid Alpha CU11-3127 | 177 °C | 29 ppm/°C（TMA） |
| MacDermid Alpha CU21-3240 | 165 °C | 31 ppm/°C（TMA） |
| Henkel NCP 5209 | 145 °C（TMA）、188 °C（DMA） | 28 ppm/°C |
| Henkel FP4526 | 133 °C | 33 ppm/°C |
| ナミックス 8品番 | 70〜135 °C | 22〜42 ppm/°C |
弾性率は種類の違う値が並ぶ。CV5794は25 °Cの弾性率13 GPa、NCP 5209はDMAで測った25 °Cの貯蔵弾性率7.3 GPa、FP4526は曲げ弾性率8.5 GPa、ナミックスの8品番は6.5〜12 GPaだ。
ナミックスの表で弾性率が11 GPa以上の3品番は、いずれもPb-freeバンプとLow-Kへの対応をうたい、CTEは22〜31 ppm/°Cだ。CTEが最も低いU8410-302は、弾性率12 GPa・Tg 95 °Cである。低粘度・狭ピッチ対応のU8443-14は、8品番で最も高いCTE 42 ppm/°Cと最も低い弾性率6.5 GPaを持ち、Tgは135 °Cと最も高い。フィラーを増やすとCTEは下がり粘度が上がる関係は、封止材の記事が液状MUFの開発報告から紹介している。
硬化条件は、15分から2時間まで開く
Section titled “硬化条件は、15分から2時間まで開く”Tgと弾性率は、硬化の状態で変わる。HenkelのFP4526は165 °C・15分で硬化する。ResonacのCEL-Cシリーズでは6、FC-BGA用のCEL-C-3730が150 °Cか165 °Cで2時間、COF用でフィラーを入れないCEL-C-3900が120 °C・15分のあと150 °C・1時間だ。NCP 5209は、熱圧着で250 °C・2.8秒接合したあと、160 °Cで2時間の後硬化をかける。
温度サイクルの5,000回は、パナソニックとMacDermid Alphaで低温側が15 °C違う
Section titled “温度サイクルの5,000回は、パナソニックとMacDermid Alphaで低温側が15 °C違う”パナソニックはCV5794で−55〜125 °Cの温度サイクル5,000回4を通ったとし、試験体を6 mm角・ボールピッチ300 µmのパッケージと30 mm角の基板としている。MacDermid Alphaは、CU21-3240で−40〜125 °C・30分・SAC305の条件の5,000回5、CU11-3127で2,000回を載せる。同じ5,000回でも、低温側が15 °C違い、試験体も違う。
CV5794は、はんだボールで基板に実装したパッケージを補強する2次アンダーフィルで、ダイと基板の間に流すナミックスのフリップチップ用やFP4526とは守る接合が違う。MacDermid Alphaは、CU11-3127をCSPとフリップチップ向け、CU21-3240をBGA、CSP、フリップチップ向けに載せている。
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- 1Henkel：LOCTITE ECCOBOND NCP 5209の技術データシート（2013年11月）datasheets.tdx.henkel.com ↩
- 2ナミックス：フリップチップ用アンダーフィルの特性データnamics.co.jp ↩
- 3Henkel：LOCTITE ECCOBOND FP4526の製品仕様next.henkel-adhesives.com ↩
- 4パナソニック：高耐熱アンダーフィルCV5794の製品化と物性（2018年9月）news.panasonic.com abc
- 5MacDermid Alpha：HiTechアンダーフィル・接着剤の製品一覧と物性macdermidalpha.com ab
- 6Resonac：フリップチップ用液状封止材CEL-Cシリーズの硬化条件eu.resonac.com ↩