アンダーフィルとは

フリップチップ実装では、チップと基板をはんだバンプで接合したあと、チップと基板の隙間に樹脂を充填する「アンダーフィル」と呼ばれる工程が行われます。バンプによる電気的な接続だけでは実現できない機械的な信頼性を補う、フリップチップ実装に欠かせない工程です。

ここでは、アンダーフィルの役割や材料の種類、必要とされる理由について紹介しています。

アンダーフィルの役割

フリップチップ実装における位置づけ

フリップチップ実装は、チップと基板を点在するバンプのみで接続する構造のため、接合部にかかる応力がバンプ1点1点に集中しやすいという特性があります。アンダーフィルは、この隙間を樹脂で満たすことでチップ全体を基板に固定し、バンプにかかる負荷を分散させる役割を担っています。

接合信頼性を高める仕組み

樹脂がチップと基板を面全体で接着することで、温度変化によって生じるチップと基板の膨張・収縮の差（応力）を樹脂全体で受け止め、バンプへの負荷を軽減する仕組みになっています。これにより、熱サイクル試験や落下試験などの信頼性評価に耐えうる接合品質を実現しています。

アンダーフィル材料の種類

キャピラリーフロー型

キャピラリーフロー型は、バンプ接合が完了したあとにチップの端から樹脂を流し込み、毛細管現象によって隙間全体に浸透させる方式です。もっとも広く使われている方式で、狭いギャップにも樹脂を行き渡らせやすいという特徴があります。

ノンフロー型

ノンフロー型は、バンプ接合前にあらかじめ基板側に樹脂を塗布しておき、チップ搭載と同時に樹脂を押し広げながら接合する方式です。樹脂の浸透工程が不要なためタクトタイムを短縮できる一方、樹脂量や粘度の管理がより重要になります。

アンダーフィルが必要とされる理由

熱膨張係数差によるストレス緩和

半導体チップと基板は、材料が異なるため熱膨張係数（CTE）に差があり、動作中の温度変化によって膨張・収縮量に差が生じます。この差はバンプ接合部に応力として集中しやすく、繰り返しの熱サイクルによってクラックや断線を引き起こす原因になります。アンダーフィルはこの応力を樹脂全体に分散させ、接合部の破壊を防ぎます。

落下・振動耐性の向上

アンダーフィルによってチップと基板が面全体で接着されることで、外部からの衝撃や振動がバンプ接合部に直接伝わりにくくなり、スマートフォンなど落下・振動が想定される機器での信頼性向上に寄与します。

施工上の注意点

アンダーフィルの品質は、樹脂中にボイド（気泡）が残らないよう充填することや、硬化条件（温度・時間）を適切に管理することに大きく左右されます。ボイドが残ると応力緩和の効果が十分に発揮されず、信頼性試験で不良が発生する原因となるため、実装工程における重要な管理ポイントの一つです。

まとめ

アンダーフィルは、フリップチップ実装のバンプ接合を陰で支える重要な工程です。委託先を選定する際は、キャピラリーフロー型・ノンフロー型どちらに対応しているか、またボイドの少ない充填技術を持っているかといった点を確認しておくと、求める信頼性水準に合った企業選定がしやすくなります。

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