CN113462121A - 光半导体封装用树脂成型物及其制造方法 - Google Patents

光半导体封装用树脂成型物及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光半导体封装用树脂成型物及其制造方法。本发明提供一种在光半导体生产中的生产裕度宽、能够稳定地进行传递成型的光半导体封装用树脂成型物及其制造方法。一种光半导体封装用树脂成型物，其包含作为重均分子量Mw与数均分子量Mn之比的分子量分布Mw/Mn为2.7以下的树脂。

Description

光半导体封装用树脂成型物及其制造方法
技术领域
本发明涉及光半导体封装用树脂成型物及其制造方法。
背景技术
光半导体元件通过陶瓷封装或塑料封装进行封装而制成装置。在此，陶瓷封装由于构成材料比较昂贵、量产性差，因此使用塑料封装成为主流。其中，从作业性、量产性、可靠性的方面出发，将环氧树脂组合物预先压片成型为小块(タブレット)状，再对所得到的成型物进行传递模塑成型的技术成为主流。
顺便说一下，在塑料封装中使用的光半导体封装用环氧树脂组合物中，环氧树脂、固化剂、固化促进剂各成分比较难以分散，难以使整体均匀地混合分散，因此存在固化反应变得不均匀而容易产生成型不均、成型空隙的问题。存在由于这些不均、空隙而产生光学不均，从而损害光半导体装置的可靠性的问题。
为了解决这些问题，在专利文献1中，公开了通过使用将环氧树脂组合物非常细地细粉碎而得到的物质制成小块，由此确保组合物的均匀分散性、降低成型不均、成型空隙从而消除光学不均的技术。此外，在专利文献2中公开了将环氧树脂组合物造粒为粒状而制成小块的技术。
现有技术文献
专利文献
[专利文献1]日本特开平3-3258号公报
[专利文献2]日本特开2011-9394号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的在于提供光半导体生产中的生产裕度(production margin)宽、能够稳定地进行传递成型的光半导体封装用树脂成型物及其制造方法。
用于解决课题的手段
本发明涉及包含作为重均分子量Mw与数均分子量Mn之比的分子量分布Mw/Mn为2.7以下的树脂的光半导体封装用树脂成型物。
所述树脂的重均分子量Mw优选为3000～7000，数均分子量Mn优选为1500～2600。
另外，本发明涉及一种光半导体封装用树脂成型物，其中，根据EMMI(EpoxyMolding Materials Institute，环氧树脂成型材料协会)标准1-66，在模具温度150℃、成型压力970kgf/cm2、固化时间120秒、注射速度2.0cm/秒的条件下测定的所述光半导体封装用树脂成型物的最低熔融粘度为300dPa·s以下，并且所述光半导体封装用树脂成型物的从指标粘度800dPa·s中减去最低熔融粘度而得到的值b(dPa·s)与从指标粘度800dPa·s起经过最低熔融粘度并在固化过程中再次达到800dPa·s为止的时间a(秒)之比b/a为20以上。
所述光半导体封装用树脂小块优选包含环氧树脂与固化剂的反应产物和固化促进剂。
另外，本发明涉及光半导体封装材料和光半导体装置，所述光半导体封装材料通过将所述光半导体封装用成型物成型而得到；
所述光半导体装置具有光半导体元件和封装该光半导体元件的该光半导体封装材料。
此外，本发明涉及所述光半导体封装用树脂成型物的制造方法，其特征在于，所述方法具有以下工序：将热固性树脂、固化剂和固化促进剂混炼而得到固化性树脂组合物的工序；对该固化性树脂组合物进行热处理的工序；将该固化性树脂组合物造粒而得到粒状固化性树脂组合物的工序；和将该粒状固化性树脂组合物成型的工序。
发明效果
本发明的光半导体封装用树脂成型物的成型物中所含的树脂的分子量分布窄，在光半导体生产时在达到最低熔融粘度后直到固化为止的时间短，因此光半导体生产中的生产裕度宽，能够稳定地进行传递成型。
具体实施方式
本发明的光半导体封装用树脂成型物的特征在于，其包含作为重均分子量Mw与数均分子量Mn之比的分子量分布Mw/Mn为2.7以下的树脂。作为光半导体封装用树脂成型物而言，可以列举小块、片等，是以覆盖构成光半导体装置的光半导体元件的方式形成并且封装该元件的构件。
分子量分布可以通过如下方法计算：使成型物中所含的树脂成分溶解在有机溶剂中，由通过凝胶渗透色谱(GPC)法测定的重均分子量Mw和数均分子量Mn来计算。分子量分布Mw/Mn为2.7以下、优选2.3以下、更优选2.0以下。超过2.7时，则有时不能稳定地传递成型。
重均分子量Mw优选为3000～7000。另外，数均分子量Mn优选1500～2600。Mw小于3000或Mn小于1500时，则在成型时树脂的流动性过高，向制品外漏出而产生毛边，存在损害外观的倾向，Mw超过7000或Mn超过2600时，则在成型时树脂的流动性低，存在制品的填充变差的倾向。
在光半导体封装用树脂成型体为小块的情况下，其体积没有特别限定，优选1cm3～100cm3、更优选10cm3～100cm3。体积过小时，则存在难以看到反应状态的变动(ばらつき)的差异的倾向。
另外，本发明的光半导体封装用树脂成型物的特征在于，根据EMMI(EpoxyMolding Materials Institute)标准1-66，在模具温度150℃、成型压力970kgf/cm2、固化时间120秒、注射速度2.0cm/秒的条件下测定的本发明的光半导体封装用树脂成型物的最低熔融粘度为300dPa·s以下，并且本发明的光半导体封装用树脂成型物的从指标粘度800dPa·s中减去最低熔融粘度而得到的值b(dPa·s)与从指标粘度800dPa·s起经过最低熔融粘度并在固化过程中再次达到800dPa·s为止的时间a(秒)之比b/a为20以上。
最低熔融粘度为300dPa·s以下，优选200dPa·s以下。超过300dPa·s时，则存在成型时向制品的填充变差的倾向。下限没有特别限定，优选30dPa·s以上、更优选50dPa·s以上、进一步优选80dPa·s以上。
对从指标粘度800dPa·s中减去最低熔融粘度而得到的值b(dPa·s)没有特别限定，优选500dPa·s～770dPa·s、更优选500dPa·s～750dPa·s、进一步优选500dPa·s～720dPa·s。另外，对从指标粘度800dPa·s起经过最低熔融粘度并在固化过程中再次达到800dPa·s为止的时间a(秒)没有特别限定，优选5秒～32秒、更优选10秒～30秒。
从指标粘度800dPa·s中减去最低熔融粘度而得到的值b(dPa·s)与从指标粘度800dPa·s起经过最低熔融粘度并在固化过程中再次达到800dPa·s为止的时间a(秒)之比b/a为20以上、优选22以上、更优选25以上。小于20时，则到固化为止的时间变长，成型周期变长，不能实现高循环。
在此，在熔融粘度的测定中使用的测定装置包含填充试样的圆筒、具有螺旋形状的内腔的模具、压入试样的模具。将整个装置加热至测定温度，在圆筒中投入树脂组合物，经过固定时间，然后压入柱塞并进行压制。通过该装置能够测定熔融粘度等。该测定装置为基于EMMI(Epoxy Molding Materials Institute)标准1-66的装置。
分子量分布Mw/Mn、最低熔融粘度、从指标粘度800dPa·s中减去最低熔融粘度而得到的值b(dPa·s)、和从指标粘度800dPa·s起经过最低熔融粘度并在固化过程中再次达到800dPa·s为止的时间a(秒)之比b/a可以通过控制固化成分与固化剂混炼时的反应来调节。反应的控制例如可以通过适当调节热固性树脂的种类和量、固化剂的种类和量、固化促进剂的种类和量、反应温度、反应时间、树脂形状等来进行。
本发明的光半导体封装用树脂成型物优选除了热固性树脂、固化剂、固化促进剂以外，还含有热固性树脂与固化剂的反应产物。需要说明的是，二氧化硅粉末等填充剂只要是不损害光的透射的程度就可以配合。
作为热固性树脂而言，可以列举：环氧树脂、聚硅氧烷树脂、环氧树脂/聚硅氧烷树脂的杂化树脂等。其中，优选环氧树脂。
作为环氧树脂而言，优选着色少的环氧树脂，例如可以列举：双酚A型环氧树脂；双酚F型环氧树脂；苯酚酚醛清漆型环氧树脂；脂环族环氧树脂；异氰脲酸三缩水甘油基酯、乙内酰脲环氧树脂等含杂环环氧树脂；氢化双酚A型环氧树脂；脂肪族类环氧树脂；缩水甘油基醚型环氧树脂等。这些可以单独使用，也可以将两种以上组合使用。
作为固化剂而言，优选固化时或固化后对树脂组合物的固化体着色少的酸酐。例如可以列举：邻苯二甲酸酐、马来酸酐、偏苯三甲酸酐、均苯四甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐、纳迪克酸酐、戊二酸酐等。另外，作为其它的固化剂而言，可以列举：作为胺类固化剂的间苯二胺、二甲基二苯基甲烷、二氨基二苯砜、间苯二甲胺、四亚乙基五胺、二乙胺、丙胺等、酚醛树脂类固化剂等。它们也可以单独使用，也可以并用两种以上。
固化剂的配合量没有特别限定，相对于100质量份的环氧树脂，优选20质量份～80质量份、更优选40质量份～60质量份。小于20质量份时，则固化的速度变慢，超过80质量份时，则相对于固化反应存在过量，因此有可能引起各物性的降低。
作为固化促进剂而言，可以列举：三乙醇胺等叔胺；2-甲基咪唑等咪唑类；四苯基
Figure BDA0002869965060000061
四苯硼酸盐、三苯基膦等有机磷化合物；1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯、1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯等二氮杂双环烯烃类化合物等。它们也可以单独使用，也可以并用两种以上。
固化促进剂的配合量没有特别限定，相对于100质量份的环氧树脂，例如可以从0.1质量份～5质量份的范围中适当选择，优选0.5质量份～3质量份、更优选1质量份～2质量份。固化促进剂配合量过少时，则固化的速度变慢，生产率降低，另一方面，固化促进剂的配合量过多时，则固化反应的速度快，反应状态的控制变得困难，有可能产生反应的变动。
在本发明的光半导体封装用树脂组合物中，除了上述各成分以外，根据需要还可以使用防着色剂、润滑剂、改性剂、劣化抑制剂、脱模剂等添加剂。
作为防着色剂而言，可以列举：酚类化合物、胺类化合物、有机硫类化合物、膦类化合物等。
作为润滑剂而言，可以列举：硬脂酸、硬脂酸镁、硬脂酸钙等蜡、滑石等。需要说明的是，在配合上述润滑剂的情况下，其配合量根据压片成型条件适当设定，例如优选设定为树脂组合物整体的0.1质量％～0.4质量％。
本发明的光半导体封装用树脂成型物的制造方法的特征在于，其包含以下工序：
将热固性树脂、固化剂和固化促进剂混炼而得到固化性树脂组合物的工序；
对该固化性树脂组合物进行热处理的工序；
将该固化性树脂组合物造粒而得到粒状固化性树脂组合物的工序；和
将该粒状固化性树脂组合物成型的工序。
进行混炼的方法没有特别限定，例如可以列举使用挤出机的方法等。混炼温度也没有特别限定，可以根据热固性树脂的特性适当变更，也可以以使得在混炼时使反应进行的方式将温度设定得高。具体而言，优选80℃～150℃、更优选110℃～130℃。
通过进行混炼而得到的固化性树脂组合物的形状没有特别限定，可以列举膜状、片状、粒状、块状等。
通过进行混炼而得到的固化性树脂组合物的厚度没有特别限定，优选1mm～30mm、更优选2mm～20mm、进一步优选2mm～10mm。小于1mm时，则厚度薄，容易受到吸湿的影响，超过30mm时，则直到冷却为止需要时间，存在由于内部蓄热而反应变动的倾向。
对通过进行混炼而得到的固化性树脂组合物进行热处理，得到B阶状(半固化状)的光半导体封装用树脂组合物。热处理温度没有特别限定，优选25℃～100℃、更优选60℃～80℃。小于25℃时，则固化反应慢，存在生产率降低的倾向，超过100℃时，则固化反应快，存在难以以规定的反应状态结束的倾向。热处理时间没有特别限定，可以根据热固性树脂的特性适当变更。
对热处理后的树脂组合物进行造粒而得到粒状树脂组合物。在造粒前，可以使用球磨机、涡轮磨等进行粉碎。造粒方法没有特别限定，可以列举使用干式压缩造粒机的方法等。通过造粒而得到的粒状物的平均粒径没有特别限定，优选1μm～5000μm、更优选100μm～2000μm。超过5000μm时，则存在压缩率降低的倾向。
将所得到的粒状树脂组合物成型而得到成型物。作为成型物而言，可以列举小块、片，作为成型方法而言，可以列举得到小块的压片成型、得到片的挤出成型等。所得到的成型物不仅缺口、裂纹、重量差异少，而且如上所述，分子量分布Mw/Mn、最低熔融粘度也小，从指标粘度800dPa·s中减去最低熔融粘度而得到的值b(dPa·s)与从指标粘度800dPa·s起经过最低熔融粘度并在固化过程中再次达到800dPa·s为止的时间a(秒)之比b/a大至20以上，因此得到能够稳定地进行传递成型的高品质的成型物。
在成型物为小块的情况下，将小块压片成型时的条件根据粒状固化性树脂组合物的组成、平均粒径、粒度分布等来适当调节，但通常该压片成型时的压缩率优选设定为90％～96％。即，压缩率的值小于90％时，则小块的密度变低，有可能变得容易破裂，相反，压缩率的值大于96％时，则有可能在压片时产生裂纹而在脱模时产生缺口、断裂。
上述成型物通过传递模塑成型而将光半导体元件封装，制作光半导体装置。成型物中所含的树脂的分子量分布窄，在光半导体生产时达到最低熔融粘度后直到固化为止的时间短，因此得到无光学不均等、可靠性高、高品质的光半导体元件。因此，在使该光半导体装置工作而得到图像情况下，具有不会产生由光学不均引起的条纹图案、能够得到鲜明的图像的优点。
另外，本发明的光半导体封装用树脂成型物用于受光元件等光半导体元件的树脂封装，因此从光学的观点出发优选透明的树脂成型物。在此情况下的“透明”是指构成上述小块的固化性树脂组合物的固化物的400nm下的透射率为98％以上。
[实施例]
接着，与比较例一起对实施例进行说明。但是，本发明不限于以下的实施例。
以下示出所使用的材料。
环氧树脂1：双酚型环氧树脂A(环氧当量650)
环氧树脂2：异氰脲酸三缩水甘油基酯(环氧当量100)
固化剂：四氢邻苯二甲酸酐(酸酐当量152)
固化促进剂：2-乙基-4-甲基咪唑
实施例1～3和比较例1
以表1所示的配合量将各原料在设定为表1中记载的温度的挤出机中加热熔化并混合，然后将从挤出机的排出口排出的树脂以2mm～10mm的厚度成型，在60℃下热处理60分钟。在挤出机中的滞留时间为约2分钟。利用辊式造粒机(Nippon Granulator株式会社制造，试验机：1531型)将所得到的环氧树脂组合物进行造粒和成粒，由此得到了光半导体封装用环氧树脂组合物。使用20号旋转压片机对所得到的光半导体封装用树脂组合物进行压片成型，由此制作了表1所示的光半导体封装用树脂小块。压缩率为90％～93％。
使用在各实施例中制作的小块，通过以下所示的方法评价了分子量和粘度特性。将评价结果示于表1。
＜分子量＞
将所得到的小块的一部分溶解在四氢呋喃中，使用GPC装置(东曹株式会社制造，HLC-8320GPC)在以下的条件下进行测定，通过聚苯乙烯换算求出了数均分子量Mn、重均分子量Mw。
柱：TSKgel Super HZMH/HZ4000/HZ3000/HZ2000
柱尺寸：6.0mmI.D.×150mm
洗脱液：THF
流量：0.6mL/分钟
检测器：RI
柱温：40℃
注入量：20μL
＜粘度特性＞
粘度特性根据EMMI(Epoxy Molding Materials Institute)标准1-66，在模具温度150℃、成型压力970kgf/cm2、固化时间120秒、注射速度2.0cm/秒的条件下进行了测定。具体而言，使用流动性测定装置，将所得到的小块进行粗粉碎，将通过开口直径5mm的筛的粉末投入保持在150℃的筒中，以恒定速度压入柱塞而进行了压制。将由所测定的转矩计算出的熔融粘度相对于时间作图，求出从指标粘度800dPa·s中减去最低熔融粘度而得到的值b与从指标粘度800dPa·s起经过最低熔融粘度并在固化过程中再次达到800dPa·s为止的时间a(秒)。
表1
Figure BDA0002869965060000101
由表1所示的实验结果可知，在实施例1～3的成型体中，得到了树脂的分子量分布Mw/Mn小、最低熔融粘度为300dPa·s以下、从指标粘度800dPa·s中减去最低熔融粘度而得到的值b与从指标粘度800dPa·s起经过最低熔融粘度并在固化过程中再次达到800dPa·s为止的时间a(秒)之比b/a为20以上的小块。因此，光半导体生产中的生产裕度宽，能够稳定地进行传递成型。
另一方面，在比较例1中，只能得到树脂的分子量分布Mw/Mn有2.9、b/a小至18.8的小块。因此，光半导体生产中的生产裕度窄，难以稳定地进行传递成型。
产业实用性
本发明涉及用于光半导体元件的封装的光半导体封装用树脂成型物及其制造方法，能够用于光半导体装置的制造。

Claims (7)

1.一种光半导体封装用树脂成型物，其中，所述光半导体封装用树脂成型物包含作为重均分子量Mw与数均分子量Mn之比的分子量分布Mw/Mn为2.7以下的树脂。
2.如权利要求1所述的光半导体封装用树脂成型物，其中，所述树脂的重均分子量Mw为3000～7000，数均分子量Mn为1500～2600。
3.一种光半导体封装用树脂成型物，其中，
所述光半导体封装用树脂成型物的最低熔融粘度为300dPa·s以下，所述最低熔融粘度根据EMMI(Epoxy Molding Materials Institute)标准1-66，在模具温度150℃、成型压力970kgf/cm2、固化时间120秒、注射速度2.0cm/秒的条件下测定，并且
所述光半导体封装用树脂成型物的从指标粘度800dPa·s中减去最低熔融粘度而得到的值b(dPa·s)与从指标粘度800dPa·s起经过最低熔融粘度并在固化过程中再次达到800dPa·s为止的时间a(秒)之比b/a为20以上。
4.如权利要求1～3中任一项所述的光半导体封装用树脂成型物，其中，所述光半导体封装用树脂成型物包含热固性树脂与固化剂的反应产物和固化促进剂。
5.一种光半导体封装材料，其中，所述光半导体封装材料通过将权利要求1～4中任一项所述的光半导体封装用树脂成型物成型而得到。
6.一种光半导体装置，其中，所述光半导体装置具有光半导体元件和封装该光半导体元件的权利要求5所述的光半导体封装材料。
7.一种光半导体封装用树脂成型物的制造方法，其为如权利要求1～4中任一项所述的光半导体封装用树脂成型物的制造方法，其特征在于，所述方法包含以下工序：
将热固性树脂、固化剂和固化促进剂混炼而得到固化性树脂组合物的工序；
对该固化性树脂组合物进行热处理的工序；
将该固化性树脂组合物造粒而得到粒状固化性树脂组合物的工序；和
将该粒状固化性树脂组合物成型的工序。
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