JP2003064243A - 光半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び光半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 透明性の低下及び封止樹脂の劣化を防ぐこと
ができる光半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供する 【解決手段】 エポキシ樹脂と下記（１）〜（３）の化
合物の少なくとも一つを含有する。 【化１】 但し、Ｒ１〜Ｒ７は水素原子もしくは炭素数１〜４のア
ルキル基。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード
（ＬＥＤ）、フォトトランジスタ、ＣＣＤ（荷電結合素
子）、ＵＶ−ＥＰＲＯＭなどのＥＰＲＯＭ（消去、書き
込みともに可能なＲＯＭ）等の光半導体素子（光半導体
チップ）を封止するための光半導体封止用エポキシ樹脂
組成物及びこれを用いた光半導体装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】発光素子や受光素子等の光半導体素子の
封止材料として、透明性、密着性、耐湿性、電気絶縁
性、耐熱性等に優れる点からエポキシ樹脂組成物による
樹脂封止が主流になっている。その中でも、エポキシ樹
脂組成物を用いたトランスファモールドによる樹脂封止
は、作業性並びに量産性の面で他の樹脂封止よりも優れ
ているものである。

【０００３】このような光半導体の分野で使用される光
半導体封止用エポキシ樹脂組成物の基本性能として、使
用波長域での透明性（光透過性）が要求される。このた
め、成形及びアフターキュア等の熱履歴等による酸化変
色を防止するために、一般的に酸化防止剤などを配合す
ることが行われている。

【０００４】しかし、酸化変色以外でも紫外線等の外部
エネルギーや光半導体素子自体から発生するエネルギー
による封止樹脂の着色が透明性を低下させるために、Ｌ
ＥＤ等では輝度が低下したりして製品である光半導体装
置の性能を損なうという問題があった。また、上記のエ
ネルギーにより生じるフリーラジカルが封止樹脂を劣化
させて製品である光半導体装置の寿命を低下させるとい
う問題があった。

【０００５】このような問題を解決するために、従来で
は変色（発色）したりフリーラジカルによる結合切断が
起こりにくい構造、つまり、共役結合や芳香骨格（ベン
ゼン環）等の骨格をできる限り持たない特殊な樹脂を配
合することが一般的に行われているが、この場合、封止
樹脂の耐熱性の低下、吸湿特性の悪化、耐湿信頼性の低
下の原因になるという問題が発生することがあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の点に鑑
みてなされたものであり、紫外線等の外部エネルギーや
光半導体素子自体から発生するエネルギーによる封止樹
脂の着色と、上記のエネルギーによるフリーラジカルの
発生とを防止して、透明性の低下及び封止樹脂の劣化を
防ぐことができる光半導体封止用エポキシ樹脂組成物及
び光半導体装置を提供することを目的とするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
光半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と
下記（１）〜（３）の化合物の少なくとも一つを含有し
て成ることを特徴とするものである。

【０００８】

【化２】

【０００９】但し、Ｒ１〜Ｒ７は水素原子もしくは炭素
数１〜４のアルキル基。

【００１０】また、本発明の請求項２に係る光半導体封
止用エポキシ樹脂組成物は、請求項１に加えて、エポキ
シ樹脂と上記（１）〜（３）の化合物の少なくとも一つ
を溶融混合して成ることを特徴とするものである。

【００１１】また、本発明の請求項３に係る光半導体封
止用エポキシ樹脂組成物は、請求項１又は２に加えて、
上記（１）〜（３）の化合物の少なくとも一つを０．１
〜３質量％含有して成ることを特徴とするものである。

【００１２】また、本発明の請求項４に係る光半導体封
止用エポキシ樹脂組成物は、請求項１乃至３のいずれか
に加えて、エポキシ樹脂の硬化剤として二塩基酸無水物
を含有して成ることを特徴とするものである。

【００１３】本発明の請求項５に係る光半導体装置は、
請求項１乃至４のいずれかの光半導体封止用エポキシ樹
脂組成物で光半導体素子を封止して成ることを特徴とす
るものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１５】本発明で用いるエポキシ樹脂としては、１
分子中に２個以上のエポキシ基を有するものであれば特
に制限はないが、比較的着色の少ないものを用いるのが
好ましい。例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、
ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型
エポキシ樹脂、オルトクレゾールノボラック型エポキシ
樹脂、脂環式エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌ
レート、脂肪族系エポキシ樹脂等を用いることができ
る。また、これらエポキシ樹脂のベンゼン環（芳香格
部）に水素添加したエポキシ樹脂等を用いても良い。本
発明では上記のエポキシ樹脂を単独で用いたり併用した
りすることができる。

【００１６】本発明で用いる硬化剤としては、上記のエ
ポキシ樹脂と反応するものであれば特に制限はないが、
比較的着色の少ないものを用いるのが好ましく、着色の
少ない硬化剤としては二塩基酸無水物を用いるのが好ま
しい。例えば、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水テトラ
ヒドロフタル酸、無水メチルヘキサヒドロフタル酸、無
水メチルテトラヒドロフタル酸、無水ナジック酸などを
用いることができる。また、これら無水物以外では、フ
ェノール、クレゾール、キシレノール、レゾールシン等
とホルムアルデヒドとを縮合反応させて得られるノボラ
ック型フェノール樹脂、液状ポリメルカプタンやポリサ
ルファイド樹脂などのポリメルカプタン系硬化剤などを
用いても良い。また、これらの他にアミン系硬化剤を用
いてもよいが、硬化時の変色が大きいので、使用する際
は配合量などに注意する必要がある。本発明では上記の
硬化剤を単独で用いたり併用したりすることができる。

【００１７】本発明で用いる硬化促進剤としては、エポ
キシ樹脂と硬化剤の反応を促進させる作用があるもので
あれば特に制限はないが、比較的着色の少ないものを用
いるのが好ましい。例えば、トリフェニルフォスフィ
ン、ジフェニルフォスフィン等の有機フォスフィン系硬
化促進剤、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウン
デセン−７、トリエタノールアミン、ベンジルジメチル
アミン等の３級アミン系硬化剤、テトラフェニルホスホ
ニウム・テトラフェニルボレート、テトラフェニルホス
ホニウム・ブロマイド等の有機塩類等を用いることがで
きる。本発明ではこれらの硬化促進剤を単独で用いたり
併用したりすることができる。

【００１８】本発明では紫外線吸収剤として上記（１）
〜（３）の構造式を有する化合物（フェノール化合物）
を用いる。上記（１）〜（３）の化合物は３００〜４０
０ｎｍに吸収ピークを示すものであることが好ましく、
また、比較的着色の少ないものを用いるのが好ましい。
具体的には下記（１’）〜（３’）の構造式を有する化
合物などを用いることができる。

【００１９】

【化３】

【００２０】本発明ではこれらの紫外線吸収剤を単独で
用いたり併用したりすることができる。

【００２１】本発明では上記のエポキシ樹脂と硬化剤と
硬化促進剤と紫外線吸収剤の他に、必要に応じて、離型
剤、変色防止剤、劣化防止剤、染料、シリカ等の無機充
填材、シラン系カップリング剤、変性剤、可塑剤、希釈
剤などを配合することができる。

【００２２】そして、本発明の光半導体封止用エポキシ
樹脂組成物は、上記のエポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進
剤と紫外線吸収剤及びその他の材料を溶解混合またはミ
キサーやブレンダー等で均一に混合した後、三本ロール
等で溶融混合し、次に、冷却・固化した後、粉砕し、さ
らに必要に応じてタブレット状に打錠することにより製
造することができる。尚、光半導体封止用エポキシ樹脂
組成物の性状が室温で液状の場合は上記の溶解混合ある
いは溶融混練までで製造することができる。

【００２３】本発明の光半導体封止用エポキシ樹脂組成
物において、エポキシ樹脂と硬化剤の配合割合は当量比
で０．８〜１．２であることが好ましく、この範囲を逸
脱すると、光半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化不
足が発生する恐れがある。また、硬化促進剤は光半導体
封止用エポキシ樹脂組成物の全体量に対して０．０５〜
５質量％配合するのが好ましい。硬化促進剤の配合量が
０．０５質量％より少ないと、エポキシ樹脂と硬化剤の
反応の十分な促進効果が得られず、光半導体装置を成形
する際の成形サイクルが悪化する恐れがあり、一方、硬
化促進剤の配合量が５質量％より多いと、光半導体封止
用エポキシ樹脂組成物のゲル化時間が短くなり過ぎるた
めに、光半導体装置を成形する際にボイドや未充填等の
成形性悪化を引き起こす恐れがある。さらに、紫外線吸
収剤は光半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全体量に対
して０．１〜３質量％配合するのが好ましい。紫外線吸
収剤の配合量が０．１質量％より少ないと、光半導体封
止用エポキシ樹脂組成物及びその硬化物である封止樹脂
における紫外線吸収の性能が低くなり、外部から照射さ
れる紫外線や光半導体素子自体から発生する紫外線等の
エネルギーによって封止樹脂が着色したり、上記のエネ
ルギーによるフリーラジカルが発生したりする恐れがあ
り、逆に、紫外線吸収剤の配合量が３質量％よりも多い
と、光半導体装置を成形する際の成形性が悪化する恐れ
がある。

【００２４】また、上記の光半導体封止用エポキシ樹脂
組成物の製造工程において、三口フラスコ等を用いてエ
ポキシ樹脂と紫外線吸収剤とを溶融混合した後、この溶
融混合物を硬化促進剤等のその他の材料と溶解混合また
はミキサーやブレンダー等で均一に混合するようにする
のが好ましい。このようにエポキシ樹脂と紫外線吸収剤
とをその他の材料と混合する前に予め溶融混合すること
によって、光半導体封止用エポキシ樹脂組成物中に紫外
線吸収剤を十分に分散させることができ、封止樹脂に部
分的に紫外線等による劣化が発生しないようにすること
ができる。上記のようにエポキシ樹脂と紫外線吸収剤と
予め溶融混合しない場合、混合混練時に紫外線吸収剤が
十分に分散しないことがあり、これにより、封止樹脂の
外観に紫外線による劣化がむらになって現れる恐れがあ
る。

【００２５】本発明の光半導体装置は、上記の光半導体
封止用エポキシ樹脂組成物で光半導体素子（光半導体チ
ップ）を封止することによって形成することができる。
光半導体封止用エポキシ樹脂組成物が粉末などの固形の
場合は必要に応じてタブレット等にした後、トランスフ
ァー成形等により光半導体素子を封止する封止樹脂を成
形するようにする。また、光半導体封止用エポキシ樹脂
組成物が液状の場合はキャスティングやポッティングあ
るいは印刷等の方法で光半導体素子を封止する封止樹脂
を成形（注型及び硬化）するようにする。成形条件は従
来から行われているエポキシ樹脂組成物による半導体素
子の封止成形の既知の成形条件をそのまま採用すること
ができ、本発明の光半導体封止用エポキシ樹脂組成物の
組成等により適宜設定すればよいが、例えば、トランス
ファー成形における推奨の成形条件は、金型温度１５０
〜１６０℃においてキュア時間６０〜１２０秒である。

【００２６】そして、本発明の光半導体装置の封止樹脂
は上記（１）〜（３）の化合物の紫外線吸収剤を含有し
ているので、外部から照射される紫外線や封止した光半
導体素子自体から発生する紫外線を紫外線吸収剤で吸収
してエポキシ樹脂等の他の材料に紫外線が作用するのを
少なくすることができ、紫外線等の外部エネルギーや光
半導体素子自体から発生するエネルギーによる封止樹脂
の着色と上記のエネルギーによるフリーラジカルの発生
とを防止することができるものであり、これにより、透
明性の低下及び封止樹脂の劣化を防ぐことができるもの
である。

【００２７】

【実施例】以下本発明を実施例によって具体的に説明す
る。

【００２８】（実施例１〜５、比較例１〜３）表１に示
す配合量で各材料を上記と同様にして混合して光半導体
封止用エポキシ樹脂組成物を調製した。材料としては以
下のものを用いた。 エポキシ樹脂１：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（油
化シェルエポキシ（株）製の「エピコート１００１」、
当量＝４９０） エポキシ樹脂２：クレゾールノボラック型エポキシ樹脂
（住友化学製の「ＥＳＣＮ１９５ＸＬ」、当量＝１９
５） 硬化剤１：テトラヒドロ無水フタル酸（新日本理化
（株）製の「ＴＨＰＡ」、当量＝１５２） 硬化剤２：フェノールノボラック樹脂（荒川化学工業
（株）製の「タマノール７５４」、当量＝１０５） 硬化促進剤：１，８−ジアザビシクロ−（５，４，０）
−ウンデセン−７ 離型剤：日本油脂製の「Ｅ−１０」 酸化防止剤：旭電化製の「ＡＯ−５０」 紫外線吸収剤１：上記（１’）の構造式を有する化合物 紫外線吸収剤２：上記（２’）の構造式を有する化合物 紫外線吸収剤３：上記（３’）の構造式を有する化合物 紫外線吸収剤４：５０質量部のエポキシ樹脂１と０．５
質量部の紫外線吸収剤１とをフラスコを用いて１２０℃
で１５分間溶融混合し、この溶融混合物を冷却後に粉砕
したもの そして、上記の実施例１〜５及び比較例１〜３を用いて
以下の試験を行った。

【００２９】（光透過性試験）上記の実施例１〜５及び
比較例１〜３を用いて厚み１ｍｍのテストピースを作製
し（成形条件は金型温度１５０℃、キュア時間９０
秒）、このテストピースに紫外線を３００時間照射した
後、可視光領域（４５０ｎｍ）での光透過率を分光光度
計（（株）日立製作所製）で測定した。次に、測定した
光透過率から劣化率を算出し、劣化率が３％以下のもの
に◎を、劣化率が３〜５％以下のものに○を、劣化率が
５〜１５％以下のものに△を、劣化率が１５〜３０％以
下のものに×をそれぞれ付した。尚、劣化率の算出方法
は、あらかじめテストピースの初期の光透過率を測定し
ておき、紫外線照射後の光透過率の変化率を計算して求
めた。

【００３０】（耐湿信頼性試験）４２アロイ／銀メッキ
リードフレームに、幅１０μｍ、厚み１μｍの櫛形アル
ミニウムパターンを形成したＴＥＧ（テストエレメント
グループ）を搭載し、このリードフレームに１６ＤＩＰ
金型を用いて上記の実施例１〜５及び比較例１〜３をト
ランスファー成形により封止成形し、１５０℃で２時間
アフターキュアすることによって、性能評価用の１６Ｄ
ＩＰパッケージ（半導体装置）を得た。この１６ＤＩＰ
パッケージを１２１℃で１００％ＲＨの条件下で５０時
間放置してＰＣＴ試験を行い、これによるオープン不良
率を求めた。そして、オープン不良率が０％のものに○
を、オープン不良率が０〜５％未満のもの（０％を含ま
ず）に△を、オープン不良率が５％以上のものに×をそ
れぞれ付した。

【００３１】（密着性試験）超音波探査装置（キャノン
製）を用いて、上記の耐湿信頼性試験のアフターキュア
後とＰＣＴ試験後における１６ＤＩＰパッケージのＴＥ
Ｇと封止樹脂の密着性を評価した。そして、ＴＥＧ（半
導体チップ）と封止樹脂の剥離がなかったものに○を、
ＴＥＧのコーナー部分においてＴＥＧと封止樹脂に剥離
が生じたものに△を、ＴＥＧと封止樹脂の剥離が大きか
ったものに×をそれぞれ付した。

【００３２】上記試験の結果を表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１から明らかなように、実施例１〜５を
用いた成形品（半導体装置）では比較例１〜３を用いた
ものと比較して耐湿信頼性や密着性が同等であるにもか
かわらず、紫外線による劣化を小さくすることができ
た。

【００３５】

【発明の効果】上記のように本発明の請求項１の発明
は、エポキシ樹脂と上記（１）〜（３）の化合物の少な
くとも一つを含有するので、この光半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物を用いて光半導体素子を封止することによ
って、外部から照射される紫外線や封止した光半導体素
子自体から発生する紫外線を上記（１）〜（３）の化合
物で吸収してエポキシ樹脂等の他の材料に紫外線が作用
するのを少なくすることができ、紫外線等の外部エネル
ギーや光半導体素子自体から発生するエネルギーによる
封止樹脂の着色と上記のエネルギーによるフリーラジカ
ルの発生とを防止することができるものであり、これに
より、透明性の低下及び封止樹脂の劣化を防ぐことがで
きるものである。

【００３６】また本発明の請求項２の発明は、エポキシ
樹脂と上記（１）〜（３）の化合物の少なくとも一つを
溶融混合するので、上記（１）〜（３）の化合物の分散
性を高めることができ、封止樹脂の部分的な劣化を防止
することができるものである。

【００３７】また、本発明の請求項３の発明は、上記
（１）〜（３）の化合物の少なくとも一つを０．１〜３
質量％含有するので、上記（１）〜（３）の化合物で十
分な量の紫外線を吸収することができ、紫外線等の外部
エネルギーや光半導体素子自体から発生するエネルギー
による封止樹脂の着色と上記のエネルギーによるフリー
ラジカルの発生とを確実に防止することができるもので
ある。

【００３８】また、本発明の請求項４の発明は、エポキ
シ樹脂の硬化剤として二塩基酸無水物を含有するので、
アミン系硬化剤に比べて着色の少ない二塩基酸無水物を
硬化剤として用いることによって、封止樹脂の着色を防
止することができるものである。

【００３９】本発明の請求項５の発明は、請求項１乃至
４のいずれかの光半導体封止用エポキシ樹脂組成物で光
半導体素子を封止するので、外部から照射される紫外線
や封止した光半導体素子自体から発生する紫外線を上記
（１）〜（３）の化合物で吸収してエポキシ樹脂等の他
の材料に紫外線が作用するのを少なくすることができ、
紫外線等の外部エネルギーや光半導体素子自体から発生
するエネルギーによる封止樹脂の着色と上記のエネルギ
ーによるフリーラジカルの発生とを防止することができ
るものであり、これにより、透明性の低下及び封止樹脂
の劣化を防ぐことができるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｆ 23/31 (72)発明者 櫛田 孝則 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 4J002 CC042 CC052 CD011 CD021 CD051 CD061 CD111 CD131 CN022 EJ067 EL136 EL146 ET007 FD142 FD146 FD150 GQ05 4J036 AC08 AD08 AD20 AF08 AH17 DB05 DB15 DC02 DC46 DD07 DD09 FA10 FA12 FB07 FB08 FB15 GA04 JA07 4M109 AA01 CA01 CA04 CA21 EA02 EB02 EB04 EB18 EC11 EC15 GA01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂と下記（１）〜（３）の化
   合物の少なくとも一つを含有して成ることを特徴とする
   光半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化１】 但し、Ｒ１〜Ｒ７は水素原子もしくは炭素数１〜４のア
   ルキル基。
2. 【請求項２】 エポキシ樹脂と上記（１）〜（３）の化
   合物の少なくとも一つを溶融混合して成ることを特徴と
   する請求項１に記載の光半導体封止用エポキシ樹脂組成
   物。
3. 【請求項３】 上記（１）〜（３）の化合物の少なくと
   も一つを０．１〜３質量％含有して成ることを特徴とす
   る請求項１又は２に記載の光半導体封止用エポキシ樹脂
   組成物。
4. 【請求項４】 エポキシ樹脂の硬化剤として二塩基酸無
   水物を含有し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封止用エポキシ樹脂組成物。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかの光半導体封
   止用エポキシ樹脂組成物で光半導体素子を封止して成る
   ことを特徴とする光半導体装置。