JP2002322242A - 光半導体装置用樹脂組成物及び光半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カバーに結露や曇りが発生しなくなると共に
カバーが光半導体装置から外れることのない光半導体装
置用樹脂組成物を提供する。 【解決手段】 エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤及び
無機充填材を必須成分とする光半導体装置用樹脂組成物
に関する。エポキシ樹脂としてエポキシ当量が１６５以
下のものを用いる。また、温度８５℃及び湿度８５％Ｒ
Ｈにおいて上記樹脂組成物の硬化物を１６８時間吸湿さ
せたときの硬化物の寸法変化率が１．０％以下であり、
かつ吸湿率が硬化物全量に対して０．３質量％以上であ
る。硬化物の寸法変化率を低減させると共に吸湿率を増
加させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内部にＣＣＤ（電
荷結合素子）等の光半導体素子が収納された光半導体装
置を作製する際に用いられる光半導体装置用樹脂組成
物、及びこれを用いて作製される光半導体装置、より詳
しくは中空パッケージに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子や電子部品を封止
する方法として、ハーメチックシール法や樹脂封止法が
知られている。前者は、半導体素子等を金属やセラミッ
ク製の中空容器の内部に配設しボンディングした後、溶
接、ろう付け、ガラスシール等で密封して行う方法であ
り、例えば、ＣＣＤ（電荷結合素子）等の集積回路部品
の封止に利用されている。一方、後者は、粉末樹脂材料
をタブレットにし、半導体素子等をセットした金型で封
止成形して行う方法である。これらの封止法において
は、生産性、信頼性、コストの諸点に大幅な相違がある
が、近年では気密性に優れるハーメチックシール法より
も、むしろ大量生産向きであって、コストメリットの高
い樹脂封止法が主流を占めてきている。

【０００３】従って、上述したようなＣＣＤ等の光半導
体素子を封止する際にも樹脂封止が行われ、集積回路用
パッケージが作製されている。このものは、図１に示す
ように、凹部２を有する基材１が樹脂組成物で形成さ
れ、この基材１の凹部２に光半導体素子３が配設される
と共に、基材１の凹部２の開口が透光性を有するレンズ
やガラスカバー等のカバー４によって密閉され、中空パ
ッケージとして形成されている。５はシール材であっ
て、基材１とカバー４を接着すると共に凹部２を密閉す
るものである。そして、この中空パッケージ外部の光は
カバー４を通して凹部２に配設された光半導体素子３に
送られ、逆に光半導体素子３により発せられた光はカバ
ー４を通して中空パッケージ外部に放射されるようにな
っているものである。

【０００４】一般にこのような樹脂封止において樹脂組
成物としては、優れた接着性や低吸湿性を有するエポキ
シ樹脂としてｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹
脂、硬化剤としてフェノールノボラック樹脂、硬化促進
剤として有機リン化合物、無機充填材として溶融シリカ
を主成分とするものが使用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような樹脂組成物は、ハーメチックシール法で用いられ
る金属やセラミックに比べて透湿性が高いため、中空パ
ッケージ外部の湿気が基材１を通過して内部に取り込ま
れ易くなり、カバー４の内側の面に結露や曇りが発生
し、中空パッケージ外部の光が内部の光半導体素子３に
十分到達しなくなったり、逆に中空パッケージ内部の光
半導体素子３により発せられた光が外部に十分放射され
なくなったりするという問題があった。

【０００６】そこで、結露や曇りの原因となる湿気を中
空パッケージ内部に生じさせないようにするために、基
材１を形成する樹脂組成物の透湿性を低下させることが
行われている。すなわち樹脂組成物の透湿性を低下させ
ると、中空パッケージ外部の湿気が基材１を通過し難く
なるものであるが、特にこのとき樹脂組成物の吸湿性を
高めておくと、中空パッケージ内部に湿気が取り込まれ
たとしても、この湿気を基材１に吸収させて除去するこ
とができるものである。

【０００７】しかしこの場合は、湿気を吸収することに
より樹脂組成物自体が伸長などの寸法変化を起こすもの
であり、カバー４は樹脂組成物ほどの寸法変化は起こさ
ないため、樹脂組成物で形成される基材１とカバー４と
の接合部が破断することになり、その結果カバー４が基
材１から外れるという問題があった。

【０００８】現在、上述したような問題を解消するため
の検討がなされているが、未だ満足するような結果は得
られていない。

【０００９】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、カバーに結露や曇りが発生しなくなると共にカバ
ーが光半導体装置から外れることのない光半導体装置用
樹脂組成物、及びこれを用いて作製される光半導体装置
を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
光半導体装置用樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、
硬化促進剤及び無機充填材を必須成分とする光半導体装
置用エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂として
エポキシ当量が１６５以下のものを用いると共に、温度
８５℃及び湿度８５％ＲＨにおいて上記樹脂組成物の硬
化物を１６８時間吸湿させたときの硬化物の寸法変化率
が１．０％以下であり、かつ吸湿率が硬化物全量に対し
て０．３質量％以上であることを特徴とするものであ
る。

【００１１】また請求項２の発明は、請求項１におい
て、エポキシ樹脂として、下記式（１）で示されるもの
を用いて成ることを特徴とするものである。

【００１２】

【化３】

【００１３】また請求項３の発明は、請求項１又は２に
おいて、硬化剤として、下記式（２）で示されるものを
用いて成ることを特徴とするものである。

【００１４】

【化４】

【００１５】また請求項４の発明は、請求項１乃至３の
いずれかにおいて、硬化促進剤として、イミダゾール類
を用いて成ることを特徴とするものである。

【００１６】また請求項５の発明は、請求項１乃至４の
いずれかにおいて、無機充填材を樹脂組成物全量に対し
て６５〜９３質量％含有して成ることを特徴とするもの
である。

【００１７】また請求項６に係る光半導体装置は、基材
１に凹部２を形成すると共に凹部２に光半導体素子３を
収納し、凹部２の開口を覆うようにカバー４を設けた光
半導体装置において、請求項１乃至５のいずれかに記載
の光半導体装置用樹脂組成物を用いて基材１を形成して
成ることを特徴とするものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１９】本発明に係る光半導体装置用樹脂組成物
は、ＣＣＤ（電荷結合素子）等の集積回路部品を収納す
る基材を形成する際に用いられるものであり、エポキシ
樹脂、硬化剤、硬化促進剤及び無機充填材を必須成分と
するものである。以下では、まずこれらの必須成分のそ
れぞれについて説明する。

【００２０】本発明においてエポキシ樹脂としては、エ
ポキシ当量が１６５以下のものを用いる必要があるが、
このような条件を満たすものであれば、その具体的な構
造は特に限定されるものではない。ここで、エポキシ樹
脂としてエポキシ当量が１６５以下のものを全く用いな
ければ、すなわちエポキシ当量が１６５を超えるものの
みを用いると、吸湿性を満足に得ることができなくなる
ものである。また、エポキシ当量が１６５以下であるエ
ポキシ樹脂は、エポキシ樹脂全量に対して３０質量％以
上含有されていることが好ましく、エポキシ当量の実質
上の下限は、９０である。

【００２１】またエポキシ樹脂としては、エポキシ当量
が１６５以下のものを用いていれば、これ以外のエポキ
シ樹脂も併用することができる。つまり、エポキシ当量
が１６５を超えるエポキシ樹脂も併用することができる
ものであり、このようなエポキシ樹脂の具体的な構造は
特に限定されるものではないが、例えば、ｏ−クレゾー
ルノボラック型エポキシ樹脂、ブロム化エポキシ樹脂、
ビフェニル型エポキシ樹脂等を挙げることができる。

【００２２】さらにエポキシ樹脂としては、上記式
（１）で示される骨格を有するエポキシ樹脂（以下、式
（１）のエポキシ樹脂ともいう）を用いるのが好まし
く、これによって光半導体装置用樹脂組成物の硬化物の
寸法変化率を低減し、吸湿率を増加させる効果を一層高
く得ることができるものである。この式（１）のエポキ
シ樹脂のエポキシ当量は特に限定されるものではなく、
例えば、エポキシ当量が１６５以下であれば単独で用い
ることができるものであり、またエポキシ当量が１６５
を超えるものであれば、上述したようにエポキシ当量が
１６５以下のものと混合して用いることができるもので
ある。

【００２３】また硬化剤としては、１分子中に２個以上
のフェノール性水酸基を有するものであれば、特に限定
されるものではないが、上記式（２）で示される骨格を
有する硬化剤（以下、式（２）の硬化剤ともいう）を用
いるのが好ましく、これによって光半導体装置用樹脂組
成物の硬化物の寸法変化率を低減し、吸湿率を増加させ
る効果を一層高く得ることができるものである。式
（２）の硬化剤以外の硬化剤としては、例えば、フェノ
ールノボラック樹脂、フェノールザイロック樹脂、ナフ
トール樹脂等を挙げることができるものであり、これら
のうちの１種を単独で使用したり、あるいは２種以上を
併用したりすることができる。なお、式（２）の硬化剤
の含有量は、硬化剤全量に対して３０質量％以上である
ことが好ましい。

【００２４】また硬化促進剤としては、特に限定される
ものではないが、２−フェニルイミダゾール等のイミダ
ゾール類を用いるのが好ましく、これによって光半導体
装置用樹脂組成物の硬化物の吸湿率をさらに増加させる
ことができるものである。イミダゾール類以外の硬化促
進剤としては、例えば、トリフェニルフォスフィン等の
有機リン化合物、１，８−ジアザビシクロ〔５．４．
０〕ウンデセン−７（ＤＢＵ）、１，５−ジアザビシク
ロ〔４．３．０〕−５−ノネン（ＤＢＮ）等のアミン系
硬化促進剤等を挙げることができるものであり、これら
のうちの１種を単独で使用したり、あるいは２種以上を
併用したりすることができる。なお、イミダゾール類の
含有量は、硬化促進剤全量に対して５０質量％以上であ
ることが好ましい。

【００２５】また無機充填材としては、特に限定される
ものではないが、溶融シリカや結晶シリカを用いるのが
好ましい。これら以外の無機充填材としては、例えば、
アルミナや窒化珪素等を挙げることができるものであ
り、これらのうちの１種を単独で使用したり、あるいは
２種以上を併用したりすることができる。なお、無機充
填材の含有量は、光半導体装置用樹脂組成物全量に対し
て６５〜９３質量％であることが好ましく、より好まし
くは７０〜８５質量％である。ここで、無機充填材の含
有量が６５質量％未満であると、硬化物の吸湿率が大幅
に増加して吸湿による寸法変化率が大きくなるおそれが
あり、逆に９３質量％を超えると、光半導体装置用樹脂
組成物の流動性が低下し、成形トラブルが発生するおそ
れがある。

【００２６】以上が光半導体装置用樹脂組成物の必須成
分であるが、これら以外に必要に応じて、天然カルナバ
等のワックス、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシ
シラン等のカップリング剤、ブロム化エポキシ樹脂や三
酸化アンチモン等の難燃剤、カーボンブラック等の顔
料、シリコーン可撓剤等を添加することができる。

【００２７】そして、上記のエポキシ樹脂、硬化剤、硬
化促進剤及び無機充填材その他の成分を配合し、ミキサ
ー、ブレンダー等で均一に混合した後、ニーダーやロー
ル等で加熱混練することにより、光半導体装置用樹脂組
成物を調製することができる。なお、加熱混練した後で
必要に応じて冷却固化し、粉砕して粉状等にして使用す
ることもできる。

【００２８】上記のようにして調製した光半導体装置用
樹脂組成物を用いることによって、光半導体装置を作製
することができる。例えば、光半導体装置として図１に
示すような中空パッケージを作製するにあたっては、以
下のようにして行うことができる。すなわち、上記の光
半導体装置用樹脂組成物を成形材料として用いてトラン
スファー成形等の公知の成形法によって、凹部２を有す
る基材１を形成する。この際、図１に示すようにインナ
ーリード１０ａが凹部２に配置されると共にアウターリ
ード１０ｂが基材１の外部に配置されるように、リード
フレーム１０を同時にインサート成形することができ
る。このようにして形成した基材１の凹部２にＣＣＤ等
の光半導体素子３を取り付けて収納し、この光半導体素
子３とリードフレーム１０のインナーリード１０ａとを
ワイヤー１１で電気的に接続した後、凹部２の開口縁部
に公知の接着剤等のシール材５を塗布すると共に凹部２
の開口を覆うようにしてレンズやガラスカバー等で形成
されるカバー４により密閉することによって、光半導体
装置を作製することができる。

【００２９】そして、このようにして作製した光半導体
装置を温度８５℃、湿度８５％ＲＨの雰囲気に置き、１
６８時間吸湿させたときの光半導体装置用樹脂組成物の
硬化物の寸法変化率は１．０％以下、好ましくは０．３
％以下に設定しておく必要がある。ここで、本発明にお
ける寸法変化率とは、吸湿条件を上記のようにして、光
半導体装置用樹脂組成物の硬化物の吸湿前の寸法と吸湿
後の寸法増加分の比から求められるものを意味する。こ
の寸法変化率が１．０％を超えると、レンズやガラスカ
バー等で形成されるカバー４と光半導体装置用樹脂組成
物の硬化物で形成される基材１との寸法変化率に大きな
差が生じ、これによって両者の接合部が破断することと
なり、カバー４が半導体装置から外れてしまうものであ
る。なお、寸法変化率の実質上の下限は、０．００１％
である。

【００３０】さらに、上記の光半導体装置を温度８５
℃、湿度８５％ＲＨの雰囲気に置き、１６８時間吸湿さ
せたときの光半導体装置用樹脂組成物の硬化物の吸湿率
は、光半導体装置用樹脂組成物の硬化物全量に対して
０．３質量％以上に設定しておく必要がある。ここで、
本発明における吸湿率とは、吸湿条件を上記のようにし
て、光半導体装置用樹脂組成物の硬化物の吸湿前の質量
と吸湿後の質量の増加分の比から求められるものを意味
する。この吸湿率が０．３質量％未満であると、光半導
体装置内部の湿気を十分に除去することができなくな
り、カバー４の内面側に結露や曇りが発生するものであ
る。なお、吸湿率の実質上の上限は、１０質量％であ
る。

【００３１】このように、光半導体装置における光半導
体装置用樹脂組成物の硬化物の寸法変化率及び吸湿率を
上記の範囲に設定するには、予め光半導体装置用樹脂組
成物を調製するにあたって、必須成分であるエポキシ樹
脂、硬化剤、硬化促進剤及び無機充填材、さらにはその
他の成分の含有量を、それぞれ好ましい範囲に適宜調整
することによって行うことができるものである。

【００３２】

【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に説明
する。

【００３３】（実施例１〜１０及び比較例１〜３）エポ
キシ樹脂として、式（１）のエポキシ樹脂である日本化
薬（株）製「ＥＰＰＮ５０１Ｈ」（エポキシ当量１６
４）、ｏ−クレゾールノボラックエポキシ樹脂である住
友化学工業（株）製「ＥＳＣＮ−ＸＬ」（エポキシ当量
１９５）、ブロム化エポキシ樹脂である住友化学工業
（株）製「ＥＳＢ４００Ｔ」（エポキシ当量４００）を
用いた。

【００３４】また硬化剤として、フェノールノボラック
樹脂である群栄化学（株）製「ＰＳＭ」（水酸基当量１
０５）、式（２）の硬化剤である明和化成（株）製「Ｍ
ＥＨ７５００」（水酸基当量９７）を用いた。

【００３５】また硬化促進剤として、トリフェニルホス
フィン、２−フェニルイミダゾールを用いた。

【００３６】また無機充填材として、カップリング剤
（γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン）で表
面を処理した溶融シリカと結晶シリカとの混合品を用い
た。

【００３７】また難燃剤として、上記のブロム化エポキ
シ樹脂及び三酸化アンチモンを用い、顔料としてカーボ
ンブラックを用い、ワックスとして天然カルナバを用い
た。

【００３８】そして、上記の各成分を表１の配合量で配
合し、これをミキサーで粉砕混合した後、１００〜１２
０℃のロールで１〜７分間加熱混練することにより、実
施例１〜１０及び比較例１〜３のそれぞれについて光半
導体装置用樹脂組成物を調製した。

【００３９】１．吸湿率 上記のようにして得た光半導体装置用樹脂組成物を用い
て、直径５０ｍｍ×厚さ３ｍｍの円板状の試験片を作製
した。この試験片の質量を予め測定しておき、次いで温
度８５℃、湿度８５％ＲＨの雰囲気に１６８時間放置し
て吸湿させた後、この試験片の質量を測定した。そし
て、試験片の吸湿前の質量と吸湿前後の質量増加分の比
から吸湿率（質量％）を求めた。

【００４０】２．寸法変化率 また上記のようにして得た光半導体装置用樹脂組成物を
用いて、直径５０ｍｍ×厚さ３ｍｍの円板状の試験片を
作製し、これを温度８５℃、湿度８５％ＲＨの雰囲気に
１６８時間放置して吸湿させた後、この試験片の寸法を
測定した。そして、試験片の吸湿前の寸法と吸湿前後の
寸法増加分の比から寸法変化率（％）を求めた。

【００４１】３．耐湿信頼性 リードフレーム１０を金型にセットし、上記のようにし
て得た光半導体装置用樹脂組成物を用いてこの金型に１
７５℃、９０秒の成形条件でトランスファー成形するこ
とによって、凹部２を有する基材１を形成した。そし
て、シール材５を用いて基材１の凹部２の開口をガラス
カバーで形成されたカバー４で覆うことによって、性能
評価用のパッケージを作製した。このパッケージを温度
８５℃、湿度８５％ＲＨの雰囲気に５００時間放置して
吸湿させた後、カバー４に結露や曇りが発生しているか
否かを観察し、結露や曇りが発生しているものを不良と
してカウントした。表１において分母に観察したパッケ
ージの個数（１０個）を、分子に結露や曇りが発生した
パッケージの個数を示す。

【００４２】

【表１】

【００４３】表１にみられるように、各実施例のものは
いずれも吸湿率が０．３質量％以上であり、また寸法変
化率が１．０％以下であるため、耐湿信頼性に優れてい
ることが確認される。

【００４４】これに対し、比較例１及び２のものは吸湿
率は高いものの、寸法変化率が大き過ぎるため、カバー
が基材から外れ、この箇所から外部の湿気がパッケージ
内部に侵入し、その結果ガラスカバーの内面に結露や曇
りが生じ、耐湿信頼性が悪化したものと考えられる。

【００４５】また比較例３のものは寸法変化率は低いも
のの、吸湿率が小さ過ぎるため、パッケージ内部の湿気
が除去されず、その結果カバーの内面に結露や曇りが生
じ、耐湿信頼性が悪化していることが確認される。

【００４６】

【発明の効果】上記のように本発明の請求項１に係る光
半導体装置用樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、硬
化促進剤及び無機充填材を必須成分とする光半導体装置
用エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂としてエ
ポキシ当量が１６５以下のものを用いると共に、温度８
５℃及び湿度８５％ＲＨにおいて上記樹脂組成物の硬化
物を１６８時間吸湿させたときの硬化物の寸法変化率が
１．０％以下であり、かつ吸湿率が硬化物全量に対して
０．３質量％以上であるので、凹部に光半導体阻止を収
納した基材と凹部の開口を覆うカバーとを有する光半導
体装置において、基材を形成するための樹脂組成物とし
て用いることによって、高い吸湿性により凹部内の湿気
が除去され、カバーの内面に結露や曇りが発生すること
を防止することができると共に、基材とカバーとの寸法
変化率の差が小さくなり、カバーが基材から外れること
を防止することができるものである。

【００４７】また請求項２の発明は、エポキシ樹脂とし
て、上記式（１）で示されるものを用いているので、硬
化物の寸法変化率を低減させると共に吸湿率を増加させ
る効果を一層高く得ることができるものである。

【００４８】また請求項３の発明は、硬化剤として、上
記式（２）で示されるものを用いているので、硬化物の
寸法変化率を低減し、吸湿率を増加させる効果を一層高
く得ることができるものである。

【００４９】また請求項４の発明は、硬化促進剤とし
て、イミダゾール類を用いているので、硬化物の吸湿率
をさらに増加させることができるものである。

【００５０】また請求項５の発明は、無機充填材を樹脂
組成物全量に対して６５〜９３質量％含有しているの
で、硬化物の寸法変化率をさらに低減することができる
ものである。

【００５１】また請求項６に係る光半導体装置は、基材
に凹部を形成すると共に凹部に光半導体素子を収納し、
凹部の開口を覆うようにカバーを設けた光半導体装置に
おいて、請求項１乃至５のいずれかに記載の光半導体装
置用樹脂組成物を用いて基材を形成しているので、高い
吸湿性により凹部内の湿気が除去され、カバーの内面に
結露や曇りが発生することを防止することができると共
に、基材とカバーとの寸法変化率の差が小さくなり、カ
バーが基材から外れることを防止することができるもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】中空パッケージの一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 基材 ２ 凹部 ３ 光半導体素子 ４ カバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J002 CC042 CD061 DE147 DJ007 DJ017 EU116 FD017 FD142 FD156 GJ02 GQ05 4J036 AA02 AF06 DA01 DA02 DA05 DC40 DC41 FA03 FA05 FB08 JA07 5F088 BA11 JA20

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤及び
   無機充填材を必須成分とする光半導体装置用樹脂組成物
   において、エポキシ樹脂としてエポキシ当量が１６５以
   下のものを用いると共に、温度８５℃及び湿度８５％Ｒ
   Ｈにおいて上記樹脂組成物の硬化物を１６８時間吸湿さ
   せたときの硬化物の寸法変化率が１．０％以下であり、
   かつ吸湿率が硬化物全量に対して０．３質量％以上であ
   ることを特徴とする光半導体装置用樹脂組成物。
2. 【請求項２】 エポキシ樹脂として、下記式（１）で示
   されるものを用いて成ることを特徴とする請求項１に記
   載の光半導体装置用樹脂組成物。 【化１】
3. 【請求項３】 硬化剤として、下記式（２）で示される
   ものを用いて成ることを特徴とする請求項１又は２に記
   載の光半導体装置用樹脂組成物。 【化２】
4. 【請求項４】 硬化促進剤として、イミダゾール類を用
   いて成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに
   記載の光半導体装置用樹脂組成物。
5. 【請求項５】 無機充填材を樹脂組成物全量に対して６
   ５〜９３質量％含有して成ることを特徴とする請求項１
   乃至４のいずれかに記載の光半導体装置用樹脂組成物。
6. 【請求項６】 基材に凹部を形成すると共に凹部に光半
   導体素子を収納し、凹部の開口を覆うようにカバーを設
   けた光半導体装置において、請求項１乃至５のいずれか
   に記載の光半導体装置用樹脂組成物を用いて基材を形成
   して成ることを特徴とする光半導体装置。