CN101012330A - 光学半导体封止用透明环氧树脂组合物和使用该组合物的光学半导体集成电路器件 - Google Patents

光学半导体封止用透明环氧树脂组合物和使用该组合物的光学半导体集成电路器件 Download PDF

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Abstract

本发明提供了在使用引线框架的光学半导体集成电路器件中的光学半导体封止用透明环氧树脂组合物，该组合物包括(A)环氧树脂，(B)硬化剂，(C)硫醇，(D)具有以下化学式1所示结构的胺基硬化催化剂，其中R1是氢原子(－H)、烷基或苯基，R2是烷基(－CH3、－C2H5、－C3H7)。

Description

光学半导体封止用透明环氧树脂组合物 和使用该组合物的光学半导体集成电路器件
本申请要求日本专利申请JP 2006-020431的优先权，该公开作为参考并入本文。
技术领域
本发明涉及树脂封止的光学半导体集成电路器件，其包含引线框架(lead frame)和透明树脂，本发明特别涉及光学半导体集成电路器件的结构，在将光学半导体集成电路器件安装到机器时，所述结构具有抵抗高温回流的优异的耐热变色性和耐裂性。
背景技术
透明环氧树脂组合物通常用于光学半导体元件如安装在光盘(CD)播放器、数字多能光盘(DVD)播放器中的光敏元件和发光元件的树脂封止。
在近些年来，电器变得小型化和轻质化并同时获得更先进的性能。这也促进了光学半导体封装的更高密度的安装和表面安装。
这些表面安装型封装的例子包括双向扁平封装(小外形封装(SOP))、四向扁平封装(四边扁平封装(QFP))和无引线小外形(SON)封装。
最近，包括具有镀银表面的引线框架的封装逐渐用作这种类型的封装。
然而，为了以表面安装型封装的形式安装这些光学半导体器件，必需使用焊料回流(solder reflow)工艺。然而，近年来，由于环境原因，对铅的控制越来越严格，并且有必要使用高温作为回流温度。因此，高达260℃的耐热性变得必要。另外，当在回流步骤中使用已知的环氧树脂组合物时，封装自身在暴露于高温下时吸收水分。因此，吸收的水分在焊料回流期间蒸发形成湿气，并且该湿气压不利地引起光学半导体元件与封止树脂(硬化体)剥离。
解决由湿气引起的封止树脂剥离问题的典型方法是引入大量的高强度构造物如填充剂到封止树脂中，以增加树脂和衬底之间的以及树脂和半导体之间的粘接等等。然而，在发光/吸光的光学半导体器件中，填充剂等由于其特殊性质而不能混入树脂中。另外，因为要防止树脂颜色发生改变，因此对增加粘接构成限制。具体地，与在其它个别光学半导体如LED中不同，在包括大型化光学半导体元件的光学集成电路中，解决由于光学半导体器件自身的大型化所导致的问题变得困难。
在这些情况下，本文可列举的光学半导体用高度耐热性和高度防潮性器件结构的一个例子是包括树脂衬底的光学集成电路(参见日本待审专利公开第2003-46034号)(日文说明书第3-4页，和图1和图3)。该光学集成电路的结构是，其中使树脂衬底上的一些金属线延伸位于封止树脂的外部，使得光学半导体器件内部的水分可以通过利用与金属具有低附着性的透明树脂的固有特性被排出。然而，该结构不能完全解决包括引线框架的光学集成电路器件的问题，即，在高温焊料回流(260℃)期间的剥离问题和封止树脂变色的问题。
另外，作为包括引线框架的光学半导体用的高度耐热性和高度防潮性的封止树脂的例子，有改变和改善在封止树脂中所含的材料的例子(参见日本待审专利公开第2003-268200号)(日文说明书第2-7页)，其是含有硫醇基化合物和偶联剂的透明环氧树脂组合物，从而可以降低树脂和引线框架之间的粘接，并且光学半导体器件内部的水分可以从引线框架和封止树脂之间的界面放出。然而，当使用该透明环氧树脂组合物并包括引线框架的光学半导体器件经受高温焊料回流(260℃)时，仍旧发生剥离、树脂断线和树脂变色。因此，不能解决上述问题。
发明内容
因此，本发明解决了本领域的上述问题。本发明的目的是提供光学半导体封止用透明环氧树脂组合物，该组合物能防止半导体器件和封止树脂之间剥离，表现出优异的耐焊料回流性，并且即使在回流步骤后也表现出优异的耐热变色性。本发明的另一目的是提供结合了该透明环氧树脂组合物的光学半导体集成电路器件。
为了实现上述目的，本发明包括在使用引线框架的光学半导体集成电路器件中的包括以下的(A)到(D)组成的组合物：
(A)环氧树脂，
(B)硬化剂，
(C)硫醇，
(D)具有以下化学式1所示结构的胺基硬化催化剂，
化学式1
Figure A20071000479100061
R1是氢原子(-H)、烷基或苯基，
R2是烷基(-CH3、-C2H5、-C3H7)。
本文中，优选硫醇(C)是CnH2n+1SH，n＝9-15。
另外，优选胺基硬化催化剂(D)是N，N-二甲基苄基胺。
优选环氧树脂的玻璃化转变温度为90℃-120℃。
另外，本发明是使用用于封止光学半导体和引线框架的透明环氧树脂组合物的光学半导体集成电路器件，其中使用的透明环氧树脂组合物和引线框架的原料使得在使用温度范围内环氧树脂组合物的线性膨胀系数与引线框架的线性膨胀系数的比为15以下，并且环氧树脂组合物的线性膨胀系数大于引线框架的线性膨胀系数。
本文中，优选引线框架在其表面上至少部分地涂有Ag、Pd和Au的任何涂层材料。
另外，优选使用金属细线在光学半导体集成电路元件和在引线框架边缘处提供的外部输出用端子之间进行电连接，金属细线的长度为1.2mm以下，并且使用金属细线的拉伸强度Y(gf)与光学半导体集成电路元件的高度T(μm)之间的关系满足以下的数学式1的金属细线：
数学式1
40×Y≥T+340(100≤T≤400)。
另外，优选在与光学半导体集成电路元件连接的区域和外部输出用端子的区域之间进行物理分离，在光学半导体集成电路元件和外部输出用端子之间使用金属细线进行连接。
如上所述，本发明是半导体集成电路器件，其中通过使用光学半导体封止用透明环氧树脂组合物对表面安装型封装进行封止，所述的透明环氧树脂组合物包括以下的(A)到(D)的组分：
(A)环氧树脂，
(B)硬化剂，
(C)硫醇，
(D)具有以下化学式2所示结构的胺基硬化催化剂，
化学式2
Figure A20071000479100081
R1是氢原子(-H)、烷基或苯基，
R2是烷基(-CH3、-C2H5、-C3H7)。
也就是说，为了实现上述目的，首先，本发明人研究了在焊料回流中出现问题的原因。
研究结果是，本发明人发现在焊料回流中蒸发的水分从引线框架和封止树脂之间的界面释放，并且在焊料回流中产生的问题通过改善在回流步骤后的耐热变色性得以有效解决。
由此，针对形成封止树脂(硬化体)的透明环氧树脂组合物的构成成分进行反复的研究，以同时满足上述的封止树脂和引线框架的粘接力降低和在回流步骤后的耐热变色性。
结果，本发明人发现，当一起使用硫醇即组分(C)和作为上述组分(D)硬化催化剂的胺基化合物用于透明环氧树脂组合物时，所述的透明环氧树脂组合物是用于形成封止树脂(硬化体)的材料，封止树脂(硬化体)和引线框架之间的粘接力降低，并且在耐热变色性方面有效，因此，完成了本发明。
具体地，本发明人发现光学半导体器件中的排水性通过降低封止树脂(硬化体)和引线框架之间的粘接力得到增强，所述的引线框架在其最外层上形成银或钯和金的涂层，该引线框架近年来通常被用作引线框架，从而有可能提供常规的透明封止材料所不能获得的优异的抗焊料性回流性和优异的耐热变色性。本发明人已经证实，即使光学半导体元件高度集成，并且光学半导体器件大型化，仍能有效进行器件内的排水。
另外，本发明人发现当使用特定的硅烷偶联材料作为上述的透明环氧树脂组合物的构成成分时，封止树脂与光学半导体元件之间的粘接力进一步改善，并且这在焊料回流中的剥离等方面更有效。这在其中光学半导体元件自身尺寸大的光学半导体集成电路中特别有效。
另外，当该透明环氧树脂组合物的玻璃化转变温度设为90℃-120℃时，当树脂硬化体位于该温度以上的范围内时开始相改变，使得树脂组合物变得具有低弹性。本发明人已经证实高温下的热应力可通过利用这种低弹性性质得以降低。
通过这样的粘接力的降低，引线框架和透明封止树脂通过各自的热膨胀系数独立地膨胀和收缩，在高温回流下或在随后的温度循环试验中引起引线框架和透明封止树脂之间的剥离。本发明人就这一问题研究了各种引线框架材料，结果发现，当在使用温度范围内透明封止树脂的热膨胀系数是引线框架的热膨胀系数的15倍以下时，不会出现问题。例如，使用铜作为具有这种热膨胀系数的原料。
另外，连接透明半导体元件和引线框架的金属细线独立地反复进行热膨胀和收缩，并且通常在温度循环试验中引起由金属疲劳导致的断线。类似于第一个缺点，研究各种金属材料的结果，本发明人发现可以防止在温度循环试验中发生的金属细线断线，通过使用具有1.2mm以下的长度并且拉伸强度Y(gf)与光学半导体集成电路元件的高度T(μm)之间的关系满足以下数学式2的金属细线进行：
数学式2
40×Y≥T+340(100≤T≤400)。
当在光学半导体元件和外部端子之间在引线框架上无切断地形成连结时，在高温高湿边缘试验中偶尔发生电信号泄漏，上述结构是在形成测定光学半导体元件的参考电位的端子的情况中通常使用的结构，并且线连接在光学半导体元件和外部端子之间使用金属细线进行。在引线框架或金属细线和透明封止树脂之间的粘接力弱的状态下，在条件变为高温度和高湿度状态时，光学半导体器件上残留的离子被水分和温度激活，变成可移动的离子，并且移动通过光学半导体元件、引线框架和金属细线，从而形成电反馈回路。为了防止出现这种问题，优选在引线框架上构建与光学半导体元件连接的区域和完全物理分离的外部输出用端子的区域。
附图说明
图1是表示根据本发明第一实施例的使用SON(无引线小外形)封装结构的光学半导体集成电路器件的图；
图2是表示本发明的环氧树脂与每种材料的剪切力及其剪切粘接力之间的关系的柱状图；
图3是表示环氧树脂组合物、Cu材料和42材料(42合金)在它们的使用温度范围内的线性膨胀系数之间的比较图；
图4是表示次品率和线强度之间的关系图；
图5是表示根据本发明第二实施例的使用SOP(小外形)封装结构的光学半导体集成电路器件的图；
图6是表示测量树脂硬化体和引线框架之间的粘接力的方法的示意图。
具体实施方式
以下，将详细说明本发明的实施方案。
本发明的光学半导体封止用透明环氧树脂组合物可通过使用环氧树脂(组分(A))、硬化剂(组分(B))、含硫醇的化合物(组分(C))和下式所示的作为硬化催化剂的胺基硬化催化剂获得：
化学式3
Figure A20071000479100101
R1是氢原子(-H)、烷基或苯基，
R2是烷基(-CH3、-C2H5、-C3H7)。
通常，透明环氧树脂组合物为液体、粉末、由粉末制成的片形式。
本发明中可用的环氧树脂(组分(A))不受特别限制并且可为任何常用的透明环氧树脂。
透明环氧树脂的例子包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、苯酚酚醛型环氧树脂、甲酚酚醛型环氧树脂、脂环族环氧树脂、三(缩水甘油基)异氰脲酸酯、具有含氮环的环氧树脂如乙内酰脲环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、脂族环氧树脂、缩水甘油基醚型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、联苯型环氧树脂(其是主要的低吸水率硬化体)、双环型环氧树脂和萘型环氧树脂。这些可以单独使用或两种或多种组合使用。
在上述的各种类型的环氧树脂中，从防止环氧树脂组合物的硬化体在光学半导体元件用所述树脂封止后的颜色改变的角度考虑，优选使用双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、脂环族环氧树脂或三(缩水甘油基)异氰脲酸脂。作为这种环氧树脂，通常使用具有100-1000环氧当量和120℃以下的软化点的环氧树脂。
另外，作为与上述环氧树脂(组分(A))一起使用的硬化剂(组分(B))，从透明的角度考虑，通常使用酸酐基硬化剂。其例子包括无色或淡黄色的酸酐如邻苯二甲酸酐、马来酸酐、苯偏三酸酐、苯均三酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、甲基桥亚甲基四氢邻苯二甲酸酐、戊二酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐和甲基四氢邻苯二甲酸酐。
这些可单独使用或两种或多种组合使用。在上述的酸酐基硬化剂中，优选使用邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐或甲基六氢邻苯二甲酸酐。酸酐基硬化剂的量优选设为相对于每100重量份(本文以下简称为“份”)的环氧树脂(组分(A))为30-70份的酸酐基硬化剂。
另外，除了上述的酸酐基硬化剂，可单独或组合使用诸如以下的硬化剂：通过与二醇酯化形成的上述酸酐基硬化剂的酯，和羧酸类如六氢邻苯二甲酸、四氢邻苯二甲酸和甲基六氢邻苯二甲酸。
另外，与上述的组分(A)和(B)一起使用的组分(C)含硫醇的化合物优选是含有9-15个碳的CnH2n+1SH(n＝9-15)的化合物，如1-壬硫醇、1-癸硫醇、1-十二烷硫醇或1-十五烷硫醇。另外，这些硫醇化合物可通过环氧树脂组合物中的热解或水解生成。如果碳数为8以下，则环氧树脂组合物与引线框架之间的粘接力变高。如果硫醇具有16以上的碳数，则与成型性和Tg降低有关的问题变得显着。
这些化合物可单独使用或两种或多种组合使用。优选上述化合物(组分(C))的含量设为是透明环氧树脂组合物的0.25-2.0wt％，更优选为0.25-0.8wt％。
作为硬化促进剂和热变色抑制剂，使用以下化合物。
其例子包括N，N-二甲基苄基胺、N，N-二乙基苄基胺、N，N-二丙基苄基胺等。这些可单独使用或两种或多种组合使用。另外，这些可以与其它的叔胺、咪唑、季铵盐、有机金属盐和含磷化合物一起使用。特别地，希望使用N，N-二甲基苄基胺。优选上述的硬化促进剂的含量设为0.01-5wt％，特别优选0.1-2.0wt％。在含量为0.1wt％以上时，硬化在成型过程中进行迅速，成型周期顺利进行。当含量超过2.0wt％时，在硬化体中生成凝胶组分，缩短成型所需的时间，从而使成型性变差。
另外，通过使用硅烷偶联剂，封止树脂(硬化体)和光学半导体元件之间的粘接力得到改善，在焊料回流期间防止了元件剥离，可以改善在防潮性方面的可靠性。
偶联剂的例子包括氨基硅烷偶联剂和环氧基硅烷偶联剂。其中，最优选氨基硅烷偶联剂，其次最优选环氧基硅烷偶联剂。
另外，作为偶联剂，还可使用巯基硅烷偶联剂。上述的偶联剂可单独使用或两种或多种组合使用。其中，作为氨基硅烷偶联剂，特别优选使用N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷。另外，作为环氧基硅烷偶联剂，特别优选使用γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷。
优选上述偶联剂的含量设为相对于整个透明环氧树脂组合物为0.05-1.0wt％，特别优选0.07-0.7wt％。这是因为，如果偶联剂含量太低，很难获得在封止树脂(硬化体)和光学半导体元件之间的粘接力的充分改善，如果偶联剂含量太高，则成型性趋于降低。
另外，在本发明的透明环氧树脂组合物中，根据需要，可适当地掺混除了上述组分(A)到(D)之外的其它的常规使用的添加剂。这些添加剂的例子包括脱模剂、阻燃剂、应力降低剂和螯合剂。
作为上述的脱模剂，可使用已知的聚乙二醇基化合物。优选尽可能低含量的脱模剂。
螯合剂的例子包括二甲基glyoxym，二吡啶甲酸、1，5-二苯基卡巴肼、羟基乙基亚氨基二乙酸酯和蛋氨酸。这些螯合剂通常以占整个透明环氧树脂组合物的0.1-3wt％的范围使用。
本发明使用的透明环氧树脂组合物可以例如根据以下所述制备。
首先，适当地掺混上述组分(A)到(D)和上述添加剂。将混合物进料到捏合机如混炼机中，在加热下熔融并混合。然后，将混合物冷却到室温，然后通过已知方法研磨，根据需要制成片。通过上述步骤，可以制备所述的组合物。
使用上述的透明环氧树脂组合物封止光学半导体元件的方法不受特别限制。封止可通过已知的成型方法如通常的传递成型方法进行。
对于本发明的目的，术语“透明”是指，例如，在厚度为1mm的硬化树脂的状态下，对于封止树脂的硬化体，波长为600nm的直线光具有70％以上，优选80％以上的透光率。在本发明中，更优选地，“透明”是指，当通过分光光度计测量时，厚度为1mm的硬化树脂表现为对于400nm的光具有75％以上，更优选85％以上的透光率。
为了验证透明环氧树脂组合物的上述效果，如下所述制备和试验了具有各种组成比的透明环氧树脂组合物的例子。
表1表示环氧树脂组合物中各自组分的百分比。
表1
  实施例1     实施例2   实施例3     实施例4     实施例5    实施例6   实施例7     实施例8     实施例9     实施例10   实施例11
环氧树脂A   85.0     85.0   850     85.0     85.0     85.0   85.0     85.0     85.0     80.0   90.0
环氧树脂B   15.0     15.0   15.0     15.0     15.0     15.0   15.0     15.0     15.0     20.0
环氧树脂C   10
硬化剂   42.7     42.7   42.7     42.7     42.7     42.7   42.7     42.7     42.7     49.1   29.3
正十二烷硫醇   0.8     0.8   0.8     0.8   0.8
正壬硫醇   0.8
正癸硫醇     0.8
正十五烷硫醇     0.8
氧化抑制剂   1.0     1.0   10     1.0     1.0     1.0   1.0     1.0     1.0     1.0   1.0
硅烷偶联剂   1.0     1.0   10     1.0     1.0     1.0   1.0     1.0     1.0     1.0   1.0
硬化催化剂A   1.0     1.0   1.0     1.0     1.0     1.0   1.0
硬化催化剂B     1.0     1.0
硬化催化剂C   1.0     1.0
环氧树脂A：双酚A型环氧树脂(环氧当量＝650)
环氧树脂B：三(缩水甘油基)异氰脲酸酯
环氧树脂C：双酚A型环氧树脂(环氧当量＝185)
硬化剂：四氢邻苯二甲酸酐
氧化抑制剂：2，6-二丁基-4-甲基苯酚
硅烷偶联剂：N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷
硬化催化剂A：N，N-二甲基苄基胺
硬化催化剂B：2-乙基-4-甲基咪唑
硬化催化剂C：1，8-二氮杂-双环-(5，4，0)十一碳烯-7
首先，为了比较检查上述环氧树脂组合物的耐热变色性，通过使用分光光度计测量在400nm波长下的透光率。
以表1所示量掺混表1中的各个组分并使用混炼机熔融和捏合(80-130℃)，得到的混合物经过老化，在室温冷却和研磨，制备所需的粉状环氧树脂组合物。然后，使每种环氧树脂组合物经历传递成型方法(成型条件150℃×4分钟)，在150℃×3小时条件下进行后硬化处理，生产透光率测量用的样品(厚度为1mm的硬化物)。将样品浸渍在石英杯中的液体石蜡中以阻止样品表面上的光散射，并且使用分光光度计测量样品对400nm光的透光率。观察值是每种环氧树脂组合物的初期值。为了验证每种环氧树脂组合物的耐热变色性，将样品递送通过焊料回流炉(260℃×3次)，然后以相同方式再次测量透光率。在这种情况下，回流方式为150℃×90秒和260℃×10秒。结果，显示出实施例1、7、10和11的环氧树脂组合物具有良好的耐热变色性。表2表示每种环氧树脂组合物的透光率的观察值。
表2
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6   实施例7   实施例8   实施例9   实施例10   实施例11
Tg ℃   115   118   117   115   118   117   115   115   115   124   95
初期透光率 在400nm   92   92   70   92   92.4   70   92.3   92.3   91.2   93.2   92.1
260℃×3次 在400nm   87   68   35   82   65   33   88.2   80   80   88   87
外观   透明   棕红色   棕红色   黄色   棕红色   棕红色   透明   黄色   黄色   透明   透明
L/F粘接力 N/cm2   0   0   0   12   12   13   0   15   11   0   0
抗焊料性TCT性 JEDECL3   0/10   0/10   0/10   10/10   10/10   10/10   0/10   10/10   10/10   6/10   0/10
随后，通过以下的试验方法测量每种环氧树脂组合物与引线框架的粘接力。
如图6所示，使用上述的每种环氧树脂组合物，通过传递成型方法(成型条件150℃×4分钟)制备由具有与引线框架材料相同的材料的金属框架板3和布置在金属框架板3的表面的左端上的截头圆锥形树脂硬化体5构成的粘接力测量样品(粘接部分的面积：0.25cm2)。
如图6所示，当使用推拉式量规(未示出)即固定装置沿箭头A所示方向从树脂硬化体5的侧方向施加负荷时，测量了金属框架板3表面上的树脂硬化体5与金属框架板3剥离时的剪切力。该测量值假定为是粘接力。
测量条件设定为温度25℃和加荷速率100mm/min。结果，发现实施例1、2、3、7、10和11的环氧树脂组合物具有0N/cm2的目标粘接力并且是良好的。表2表明从每种上述的环氧树脂组合物成型的粘接力测量样品的粘接力的观察值。
使用上述的每种粉状环氧树脂组合物暂时制备表面安装用光学半导体器件(封装尺寸：长4mm×宽5mm×厚1mm)。树脂封止方法是通过传递成型方法进行的方法，树脂封止在160℃×3分钟条件下进行，后硬化在150℃×3小时的条件下进行。在表面安装用光学半导体器件中使用的引线框架中，铜材料镀有钯。如上所述获得的表面安装用光学半导体器件在JEDEC水平3的条件下进行预处理，并进行焊料回流(260℃×2)，另外，进行300次的温度循环试验(-4℃-100℃)，在上述试验后，验证半导体元件表面的剥离等方面的封装外观。
另外，还验证了其电特性。结果是，关于样品2和3，尽管它们通过焊料回流而变黄色，但是在上述试验中获得良好的结果。揭示出在样品1、7和11的环氧树脂组合物中，没有发生焊料回流导致的变色，在吸湿(在JEDEC中规定的预处理)后的高温(260℃)焊料回流中在上述的表面安装用光学半导体器件的测量中和在随后的温度循环试验中没有发现次品。这些样品还具有优异的防潮性和耐热性以及良好的耐环境性。表2表明每种使用上述的环氧树脂组合物的表面安装用光学半导体器件的结果。
从以上结果可发现，关于在回流中的耐热变色性水平，样品2-6、8和9与样品1、7、10和11相比具有强烈的黄色，并且它们在400nm波长下的透光率也显著低。具体地，样品1、7、10和11在回流中具有高的耐热变色性。另外，样品1、7和1 1与引线框架(L/F)具有0N/cm2的目标粘接力，并且在耐焊料性+TCT性中不产生次品。样品10的Tg高于样品1、7和11的Tg。因此，在耐焊料性+TCT性产生次品。
从这些试验结果发现，样品1、7和11的含有硫醇化合物和N，N-二甲基苄基胺的环氧树脂组合物具有良好的用于表面安装用光学半导体器件的耐热性、防潮性和耐环境性。
现在将描述使用透明环氧树脂组合物生产光学半导体集成电路器件的方法。
作为第一个例子，使用图1中的小外形无引线(SON)的结构来说明生产本发明的光学半导体集成电路器件的方法。
通过使用其上形成镀层101的引线框架100形成芯片焊盘(diepad)110和外部输出端子111。在本例子中，作为镀层101，在引线框架100的整个表面上已经镀有Ni、Pd或Au。如图2所示，表面上的Pd或Au与环氧树脂组合物20具有极低的粘接力，因此可以作为在本例子的器件中包含的水分派出通道。另外，作为在本例子中使用的引线框架100，使用Cu材料。其原因如下。
图3表示了用于研究的环氧树脂组合物20、和Cu材料和42材料(42合金)在使用温度范围内的线性膨胀系数之间的比较。
42合金的线性膨胀系数低于Cu材料的线性膨胀系数。环氧树脂组合物20的线性膨胀系数大并且在使用温度范围内具有20以上的最大的热膨胀的比。另一方面，在Cu材料中，热膨胀的比被抑制到15。由热膨胀导致的温度应力和收缩通过温度循环试验验证。结果，在100次循环后，具有相对于环氧树脂组合物20的热膨胀比高于20倍的42材料中出现诸如树脂断裂的问题。因此，在本例子中，使用由Cu构成的引线框架100。
另外，外部输出端子111与芯片焊盘110物理分离。其原因如下。
在使用环氧树脂组合物20、具有镀层的引线框架100和下述的金属细线12的光学半导体集成电路器件中，环氧树脂组合物20、引线框架100和金属细线12仅仅通过弱的粘接力一起得以保持。另外，环氧树脂组合物20当在户外(25℃±5℃，24小时)时具有0.1-0.26wt％的吸湿率(这是其固有特性)。当在外部输出端子111和芯片焊盘110之间的引线框架100上形成连结的情况下进行高温高湿边缘试验时，在连结部分发生电信号泄漏。
这是因为在高温高湿条件下，在光学半导体器件中残留的离子被所述的水分和温度活化，从而变成可移动的离子，并且移动通过光学半导体元件10、引线框架100和金属细线12，从而形成电反馈回路。为了防止出现这一问题，与光学半导体元件20连接的区域与在引线框架100上的外部输出用端子的区域物理上完全分离。
其次，光学半导体元件10结合在芯片焊盘110上，光学半导体元件10和芯片焊盘110之间的结合可通过已知的结合方法进行。例如，可使用其中使用AuSn或焊料的金属结合方法和使用环氧树脂粘合剂的结合方法。
随后，使用金属细线12在光学半导体元件10的输出端子11和外部输出端子111之间进行电连接。作为连接方法，通过常规的引线结合方法等进行连接。作为金属细线12，使用具有优异的防腐性和低电阻值的Au线。
本文中，重点是金属细线12的长度和强度。在分别制备具有300μm和160μm高度的两种类型的光学半导体元件10后，每个元件通过使用环氧树脂试剂结合到芯片焊盘110上。之后，因为Au线作为金属细线12，使用三种类型的金属细线：低强度类型、具有平均强度的普通类型，和高强度类型。其厚度设为25μm和30μm，任选设定金属细线12的长度并且在光学半导体元件10的输出端子11和外部输出端子111之间通过引线结合方法进行电连接。作为使用的Au线，例如，使用由Tanaka Kikinzolu Co.，Ltd.生产的YSoft作为低强度类型，使用由Sumitomo Metal Mining Co.，Ltd.生产的SGR-SH作为普通类型，使用由Tanaka Kikinzoku Co.，Ltd.生产的GLF作为高强度类型。
随后，通过使用上述的透明环氧树脂组合物20的传递成型方法进行光学半导体元件10的封止来生产光学半导体集成电路器件。如上所述，在环氧树脂组合物20和(引线框架100和金属细线12)之间使用弱的粘接力进行保持。当使用光学半导体集成电路器件进行温度循环试验时，证实了偶尔产生次品如金属细线12的变形或断线。
试验结果之一如图4所示。次品百分比表示通过温度循环试验，在反复热膨胀和收缩下，用弱的粘接力保持环氧树脂组合物20和引线框架100和金属细线12的情况下，因为每个元件各自反复膨胀和收缩，由金属细线12强度变弱的金属疲劳导致的变形或断线的发生率。作为这些试验结果，已经发现当使用长度为1.2mm以下的金属细线12使得金属细线12的拉伸强度Y(gf)与光学半导体元件10的高度T(μm)之间的关系满足以下的数学式3，可能防止金属细线12在温度循环试验中发生断线。
数学式3
40×Y≥T+340(100≤T≤400)。
通过使用具有高强度的金属细线12和通过使光学半导体元件10变薄，可防止由于金属细线12因反复热膨胀和收缩引起的金属疲劳导致的断线。
另外，在试验进行中使用了上述的Au线产品，优选符合上述的金属细线的强度的关系式，并且不受特别限制。
然后，环氧树脂组合物20进行树脂封止，从而覆盖光学半导体元件10和金属细线12，使得保护光学半导体元件10和金属细线12免受外部环境的破坏。然后，通过将每个光学半导体集成电路器件与引线框架100分离而完成器件。
另外，本例子的生产方法还适用于QFN(四向扁平无引线)封装，其中输出端子以四个方向形成。
作为第二个例子，使用图5所示的SOP(小外形)封装结构来说明生产本发明的光学半导体集成电路器件的方法。
通过使用其上形成镀层201的引线框架200形成芯片焊盘210和外部输出端子211。作为在本例子中使用的引线框架200，使用机械强度高于Cu材料的42合金材料，镀层201全部或至少部分地经历Ag涂覆处理，该处理通常是容易的并且比用Pd、Au等的涂覆处理更廉价。
涂层的至少一部分包括与芯片焊盘210的金属细线12连接用于安装光学半导体元件10和外部输出端子211的区域，其是被环氧树脂组合物20覆盖的区域。优点是涂覆处理成本低，因为覆层面积小于使整个引线框架200经历涂覆处理的情况。如图2所示，表面上的Ag与本发明的环氧树脂组合物具有极低的粘接力，类似于第一个例子中的Pd或Au，因此，在本例子中的器件中，可以作为向外部释放器件内所含的水分的通道。
在本例子中，使用42材料，该材料在第一个例子的SON封装的温度循环试验中出现问题。类似于第一个例子，在温度循环试验中验证由热膨胀和收缩导致的温度应力。结果是，高于100次循环不出现问题。即使在与本发明的环氧树脂组合物的热膨胀系数相比在使用温度范围内最大的热膨胀的比大于20倍的42合金中也不出现问题。这是因为外部输出端子的安装部分具有这样的结构，其中引线成型在与封装分离的位置处进行。具体地，认为由热膨胀和收缩导致的温度应力通过引线成型部件的弹性效果得以松弛，使得对封装的应力降低。从实验结果可知，在本例子中，采用了其中使用42合金材料的引线框架200。
另外，类似于第一个例子，构建外部输出端子211使其与芯片焊盘210物理分离。另外，在本例子中，使用相同的透明环氧树脂组合物20和相同的金属细线12。
通过上述的结构和材料生产光学半导体集成电路器件。首先，将光学半导体元件10结合到芯片焊盘210。光学半导体元件10和芯片焊盘210的结合可通过已知的结合方法进行。例如，使用其中使用AuSn或焊料的结合方法或使用环氧树脂粘合剂的结合方法进行。
随后，在光学半导体元件10的输出端子11和外部输出端子211之间使用金属细线12进行电连接。作为连接方法，通过常用的引线结合方法等进行连接。作为金属细线12，使用具有优异的防腐性和低电阻值的Au线。
在第一个例子中，作为关于金属细线12在温度循环试验中断线的对策，规定了与金属细线12的长度和长度有关的关系式。然而，在SOP封装中，外部输出端子211的安装部具有这样的结构，即如上所述的其中引线成型在与封装分离的位置处进行。因此，金属细线12的每个长度和强度具有一定的自由度。当然，通过使用在第一个例子中的金属细线的长度和强度的关系式改善了封装的可靠性。
然后，进行环氧树脂组合物20的树脂封止，从而覆盖光学半导体元件10和金属细线12，使得保护光学半导体元件10和金属细线12免受外部环境的破坏。然后，通过将每个光学半导体集成电路器件和引线框架200分离而完成器件并进行引线的成型。
另外，本例子的生产方法可应用于除了其中外部端子成型为鸥型翼形状的输出端子之外的封装中，只要具有其中外部输出端子以距离封装的树脂侧表面为2mm以上安装即可。另外，该方法适用于QFP(四方扁平封装)，其中输出端子在四个方向上形成。
在使用本发明的透明环氧树脂组合物作为封止材料的情况中，可示例说明安装在引线框架上的光学半导体元件的树脂封止。关于其上安装有光学半导体元件的引线框架，可使用例如表面上形成银涂层的引线框架。
在本发明中，其上包括银涂层的引线框架是其上全部或至少部分地形成银涂层的引线框架。形成银涂层为的是增强与光学半导体元件和引线框架电连接的金属细线的引线框架的结合性质。
作为其中使用本发明的透明环氧树脂组合物进行树脂封止的光学半导体元件的光学半导体器件，可举例说明其中回流步骤是必须的表面安装型光学半导体器件。
具体地，可示例说明双向扁平封装(小外形封装(SOP))、四向扁平封装(四方扁平封装(QFP))、SON等。
如上所述，已经描述了安装在引线框架上的表面安装型光学半导体器件。然而，本发明不限于上述的其上形成银涂层的引线框架，可能使用其它已知的除了银涂层之外的引线框架，如其上形成有钯涂层的引线框架，其上形成有金涂层的引线框架，铜框架，或其上未涂有金属涂层的引线框架。其中，在组合其上形成银涂层的引线框架和本发明的透明环氧树脂组合物时，可获得最优选的效果。
另外，在本发明的光学半导体器件中，优选与诸如表面安装型形式无关，作为封止树脂的透明环氧树脂组合物硬化体与引线框架的粘接力为10N/cm2以下。通常，其下限为0N/cm2。
例如，可以以下方式测量透明环氧树脂组合物硬化体与引线框架的粘接力。
具体地，如图6所示，可成型粘接力测量用样品，在该样品中，具有圆截头锥形状的树脂硬化体5被装备到与引线框架具有相同材料的金属框架板3的左端表面上(粘合部分的面积为0.25cm2)，通过传递成型方法法进行(成型150℃×4分钟)。
使用该例子，如图6所示，通过推拉式量规(未示出)作为测量夹具，当金属框架板3表面上的树脂硬化体5在对其施加的负荷下沿着箭头A所示方向从树脂硬化体5的侧向与金属框架板3分离时测量剪切力。剪切力值假定为是粘接力。这里注意的是作为测量条件，温度设为25℃，测量夹具的行进速率设为100mm/min。
另外，在以上说明中，例如，作为光学半导体器件的一种形式，描述了其中安装在引线框架上的光学半导体元件进行树脂封止的光学半导体器件。然而，本发明还可适用于其中安装在作为玻璃环氧衬底或双马来酰亚胺-三嗪衬底(BT衬底)上而不是引线框架上的光学半导体元件。
通过使用这种衬底，如图6所示，通过推拉式量规(未示出)作为测量夹具，当金属框架板3表面上的树脂硬化体5在对其施加的负荷下沿着箭头A所示方向从树脂硬化体5的侧向与金属框架板3分离时测量剪切力。剪切力的值设为是粘接力。本文中，作为测量条件，温度设为25℃，测量夹具的行进速率为100mm/min。

Claims (8)

1.在包含引线框架的光学半导体集成电路器件中包括以下的(A)到(D)的组成的光学半导体封止用透明环氧树脂组合物：
(A)环氧树脂；
(B)硬化剂；
(C)硫醇；和
(D)具有以下化学式1所示结构的胺基硬化催化剂，
化学式1
Figure A2007100047910002C1
R1是氢原子(-H)、烷基或苯基，
R2是烷基(-CH3、-C2H5、-C3H7)。
2.权利要求1所述的透明环氧树脂组合物，其中：(C)的硫醇是CnH2n+1SH，n＝9-15。
3.权利要求1所述的透明环氧树脂组合物，其中(D)的胺基硬化催化剂是N，N-二甲基苄基胺。
4.权利要求1所述的透明环氧树脂组合物，其中环氧树脂的玻璃化转变温度在90℃-120℃范围内。
5.包括权利要求1所述的光学半导体封止用透明环氧树脂组合物和引线框架的光学半导体集成电路器件，其中：
使用的透明环氧树脂组合物和引线框架的原料使得在使用温度范围内环氧树脂组合物的线性膨胀系数与引线框架的线性膨胀系数的比为15以下，并且环氧树脂组合物的线性膨胀系数大于引线框架的线性膨胀系数。
6.权利要求5所述的光学半导体集成电路器件，其中引线框架的表面至少部分地涂有选自Ag、Pd和Au的涂层材料。
7.权利要求5所述的光学半导体集成电路器件，其中使用金属细线在光学半导体集成电路元件和在引线框架边缘处提供的外部输出用端子之间形成电连接，
金属细线的长度为1.2mm以下，和
使用的金属细线使得金属细线的拉伸强度Y(gf)与光学半导体集成电路元件的高度T(μm)之间的关系满足以下的数学式1：
数学式1
40×Y≥T+340(100≤T≤400)。
8.权利要求5所述的光学半导体集成电路器件，其中与光学半导体集成电路元件连接的区域与在引线框架边缘处提供的外部输出用端子的区域物理分离，和
使用金属细线连接光学半导体集成电路元件到外部输出用端子。
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