JP2003213088A

JP2003213088A - 光半導体封止用樹脂組成物及び光半導体装置

Info

Publication number: JP2003213088A
Application number: JP2002018857A
Authority: JP
Inventors: Tatsuyoshi Wada; 辰佳和田; Masayuki Kiyougaku; 正之教学; Tsutomu Ohira; 勉大平
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-01-28
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2003-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】ワックスのブリードアウトを抑えて封止樹脂
のワックス汚れやワックスむらが発生しないようにする
ことができると共に封止樹脂とリードフレームとの密着
性を高くすることができる光半導体封止用樹脂組成物を
提供する。【解決手段】エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、硬
化促進剤、ワックスを配合した光半導体封止用樹脂組成
物に関する。２種類以上のワックスと分散剤とを溶融混
合したワックス溶融混合物を用いると共に分散剤として
（１）（２）の構造式で示されるいずれか一つを用い
る。２種類以上のワックスを用いることによって、ワッ
クスのブリードアウトを抑えることができる。【化１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＣＤ（電荷結合
素子）などの光半導体素子を封止して光半導体装置を製
造する際に用いられる光半導体封止用樹脂組成物及びこ
れを用いた半導体装置に関するものであり、特に、枠体
を用いる中空パッケージの光半導体装置を製造する際に
好適に用いられるものである。

【０００２】

【従来の技術】エポキシ樹脂は優れた接着性や低吸湿性
を有するものであり、この特徴を利用して半導体や電子
部品を封止する方法が主流を占めてきている。これは、
ガラス、金属、セラミックを用いたハーメチックシール
法に比べて大量生産性やコストメリットが優れるためで
ある。

【０００３】このようなエポキシ樹脂を含有する樹脂組
成物を用いる封止法においては、例えば、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、無機充填材として溶融シリカ、ワック
スとして天然カルナバワックス、硬化促進剤として有機
リン化合物を主成分とする樹脂組成物からなる成形材料
が一般的に使用されている。そして、この樹脂組成物を
用いて、リードフレーム上に搭載した光半導体素子をト
ランスファー成形により封止することによって光半導体
装置を形成するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の光
半導体封止用樹脂組成物においては、トランスファー成
形の際に金型との離型性を高めるためにワックスを配合
しているが、このワックスがブリードアウトして封止樹
脂（光半導体封止用樹脂組成物の硬化物）のワックス汚
れやワックスむらが発生し、光半導体装置の外観（パッ
ケージの外観）を損なうという問題があった。また、従
来の光半導体封止用樹脂組成物では封止樹脂とリードフ
レームとの密着性が低いという問題があり、封止樹脂と
リードフレームとの間で剥離等が発生することがあっ
た。

【０００５】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、ワックスのブリードアウトを抑えて封止樹脂のワ
ックス汚れやワックスむらが発生しないようにすること
ができると共に封止樹脂とリードフレームとの密着性を
高くすることができる光半導体封止用樹脂組成物を提供
することを目的とするものである。また、本発明は封止
樹脂の汚れやワックスむらが無くて外観に優れると共に
封止樹脂とリードフレームとの密着性に優れる光半導体
装置を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
光半導体封止用樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、
無機充填材、硬化促進剤、ワックスを配合した光半導体
封止用樹脂組成物であって、２種類以上のワックスと分
散剤とを溶融混合したワックス溶融混合物を用いると共
に分散剤として下記（１）（２）の構造式で示されるい
ずれか一つを用いて成ることを特徴とするものである。

【０００７】

【化２】

【０００８】また、本発明の請求項２に係る光半導体封
止用樹脂組成物は、請求項１に加えて、ワックスを全量
に対して０．１〜３．０質量％配合して成ることを特徴
とするものである。

【０００９】また、本発明の請求項３に係る光半導体封
止用樹脂組成物は、請求項１又は２に加えて、ワックス
のうち少なくとも一つがモンタン酸系ワックスであり、
ワックスの全量に対して３０質量％以上が上記モンタン
酸系ワックスであることを特徴とするものである。

【００１０】また、本発明の請求項４に係る光半導体封
止用樹脂組成物は、請求項１乃至３のいずれかに加え
て、硬化促進剤がイミダゾール類であることを特徴とす
る請求項１乃至３のいずれかに記載の光半導体封止用樹
脂組成物。

【００１１】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のいずれかに記載の光半導体封止用樹脂
組成物を用いて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。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１３】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何
でも良く、例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂、ｏ−ク
レゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジ
エン型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹
脂、ブロム含有エポキシ樹脂、多官能エポキシ樹脂など
をそれぞれ単独で用いたりあるいは複数種併用したりす
ることができる。

【００１４】本発明で用いる硬化剤としては、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
何でも良く、例えば、フェノールアラルキル、フェノー
ルノボラック、クレゾールノボラック、トリフェニルメ
タン骨格を有する化合物、ジシクロ骨格を有する化合
物、ナフトールアラルキルなど、各種多価フェノール化
合物あるいはナフトール化合物をそれぞれ単独で用いた
りあるいは複数種併用したりすることができる。

【００１５】本発明で用いる無機充填材としては、従来
から光半導体封止用樹脂組成物に配合されているもので
あれば何でも良く、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、
アルミナ、窒化珪素などをそれぞれ単独で用いたりある
いは複数種併用したりすることができるが、入手のしや
すさや本発明の光半導体封止用樹脂組成物の流動性など
を考慮すると、溶融シリカや結晶シリカを用いるのが好
ましい。

【００１６】本発明で用いる硬化促進剤としては、従来
から光半導体封止用樹脂組成物に配合されているもので
あれば何でも良く、例えば、２−メチルイミダゾールや
２−フェニルイミダゾールなどのイミダゾール類及びト
リフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、ジアザビ
シクロウンデセンなどの三級アミン類などをそれぞれ単
独で用いたりあるいは複数種併用したりすることができ
る。上記の中でも、ワックスのブリードアウトによる封
止樹脂のワックス汚れをより少なくできるイミダゾール
類を硬化促進剤として用いるのが好ましい。

【００１７】本発明で用いるワックス（ＷＡＸ）とし
て、モンタン酸系ワックス、天然カルナバワックスなど
の天然系ワックス、ポリエチレン系ワックス、ステアリ
ン酸系ワックス、長鎖脂肪族系ワックスなどを例示する
ことができるが、本発明ではこれらのうち、種類の異な
る２つ以上のワックスを併用するものである。このよう
に２種類以上のワックスを併用することによって、ワッ
クスのブリードアウトによる封止樹脂のワックス汚れや
ワックスむらを少なくできるものである。また、２種類
以上のワックスのうちの一つはモンタン酸系ワックスを
用いるのが好ましく、これにより、ワックスのブリード
アウトによる封止樹脂のワックスむらを少なくできるも
のである。また、モンタン酸系ワックスを用いる場合、
全ワックスの配合量のうちの３０質量％以上をモンタン
酸系ワックスにするのが好ましい。モンタン酸系ワック
スの配合量が全ワックスの配合量の３０質量％未満であ
れば、封止樹脂のワックスむらの防止効果が小さくなる
恐れがある。尚、本発明ではモンタン酸系ワックスの配
合量を全ワックスの配合量のうちの９９質量％以下、好
ましくは９５質量％以下にすることができる。

【００１８】本発明で用いるワックスの分散剤は酸エス
テル系の化合物であって、上記の化学式（１）（２）を
それぞれ単独で用いたり２つを併用したりすることがで
きる。尚、上記の化学式（１）（２）において、Ｒ及び
Ｒ’は炭素数が１０〜３０のアルキル基である。

【００１９】そして、本発明の光半導体封止用樹脂組成
物を調製するにあたっては次のようにして行う。まず、
上記の２種類以上のワックスと分散剤とを溶融混合して
ワックス溶融混合物を調製する。すなわち、ワックスと
分散剤はその他の材料と混合する前に予め５０〜１５０
℃の温度で均一になるまで溶融混合してワックス溶融混
合物を調製するものであり、これにより、本発明の光半
導体封止用樹脂組成物中におけるワックスの分散性が高
まって、ワックスのブリードアウトを抑えて封止樹脂の
汚れやワックスむらが発生しないようにすることができ
ると共に封止樹脂とリードフレームとの密着性を高くす
ることができるものである。分散剤の配合量は全ワック
スの配合量に対して１〜３０質量％にするのが好まし
い。分散剤の配合量が全ワックスの配合量に対して１質
量％未満であれば、２種類以上のワックスを均一に混合
することが難しくなって本発明の効果を十分に奏するこ
とが出来なくなる恐れがある。また、分散剤の配合量が
全ワックスの配合量に対して３０質量％より多くても、
２種類以上のワックスを均一に混合する効果に向上が見
られず、分散剤が無駄になって経済的に不利になる恐れ
がある。

【００２０】次に、上記のワックス溶融混合物とエポキ
シ樹脂、硬化剤、無機充填材、硬化促進剤及びその他の
任意成分（顔料やカップリング剤など）を配合し、この
配合物をミキサーやブレンダー等で均一に混合した後、
さらに、ニーダーやロール等により７０〜１４０℃で加
熱混練することにより、本発明の光半導体封止用樹脂組
成物を調製することができる。また、上記の加熱混練後
に必要に応じて冷却固化し、粉砕することにより粉状の
光半導体封止用樹脂組成物としてもよい。

【００２１】エポキシ樹脂と硬化剤の配合割合は、エポ
キシ樹脂のエポキシ１当量に対して硬化剤の当量（水酸
基当量）が０．５〜１．５、好ましくは０．８〜１．２
になるようにする。硬化剤の当量がエポキシ樹脂の１当
量に対して０．５よりも小さいと、硬化剤の配合量が少
なすぎて光半導体封止用樹脂組成物が硬化不足になる恐
れがあり、硬化剤の当量がエポキシ樹脂の１当量に対し
て１．５よりも大きいと、硬化剤の配合量が多すぎてエ
ポキシ樹脂の配合量が少なくなり、光半導体封止用樹脂
組成物の硬化物（封止樹脂）の強度が低下する恐れがあ
る。

【００２２】また、無機充填材は本発明の光半導体封止
用樹脂組成物の全量に対して６５〜９３質量％、好まし
くは７０〜８５質量％配合するのが好ましい。無機充填
材の配合量が光半導体封止用樹脂組成物の全量に対して
６５質量％未満であれば、光半導体封止用樹脂組成物の
硬化物（封止樹脂）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恐れがあり、無機充填材の配
合量が光半導体封止用樹脂組成物の全量に対して９３質
量％を超えると、光半導体封止用樹脂組成物の流動性が
悪くなり、成形性不良を発生する恐れがある。

【００２３】さらに、硬化促進剤は全樹脂成分（エポキ
シ樹脂と硬化剤）に対して０．１〜５．０質量％配合す
るのが好ましい。硬化促進剤の配合量が全樹脂成分の配
合量に対して０．１質量％未満であれば、硬化促進効果
を高めることができず、硬化促進剤の配合量が全樹脂成
分の配合量に対して５．０質量％を超えると、成形性に
不具合を生じる恐れがあり、また、相対的にエポキシ樹
脂や硬化剤の配合量が少なくなって光半導体封止用樹脂
組成物が硬化不足になる恐れがある。

【００２４】さらに、ワックスは本発明の光半導体封止
用樹脂組成物の全量に対して０．１〜３質量％配合する
のが好ましい。ワックスの配合量が光半導体封止用樹脂
組成物の全量に対して０．１質量％未満であれば、光半
導体封止用樹脂組成物の離型性が損なわれる恐れがあ
り、ワックスの配合量が光半導体封止用樹脂組成物の全
量に対して３質量％を超えると、相対的にエポキシ樹脂
や硬化剤の配合量が少なくなって光半導体封止用樹脂組
成物が硬化不足になる恐れがある。尚、ワックス溶融混
合物の配合量はこのワックスの配合量を考慮して設定す
る。

【００２５】本発明の光半導体装置は上記の光半導体封
止用樹脂組成物によりリードフレームに搭載された光半
導体素子（光半導体チップ）をトランスファー成形等に
より封止成形することにより形成することができる。こ
のトランスファー成形を採用した場合の金型の温度は１
７０〜１８０℃、成形時間は３０〜１２０秒に設定する
ことができるが、金型の温度や成形時間及びその他の成
形条件は、従来の封止成形と同様に設定することがで
き、光半導体封止用樹脂組成物の材料（成分）の種類や
製造される半導体装置の種類等によって適宜設定変更す
るものである。

【００２６】

【実施例】以下本発明を実施例によって具体的に説明す
る。

【００２７】（実施例１〜１０及び比較例１〜３）表１
に示す配合量で材料をミキサーや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（温度
１００℃、時間３分）して光半導体封止用樹脂組成物を
調製した。尚、比較例１については、ワックスと分
散剤（１）とを予め溶融混合しないで用いた。

【００２８】表１に示す各材料としては以下のものを用
いた。

【００２９】エポキシ樹脂としては、住友化学（株）製
の「ＥＳＣＮ−ＸＬ」（ｏ−クレゾールノボラックエポ
キシ樹脂、エポキシ当量１９５）を用いた。

【００３０】硬化剤としては、群栄化学（株）製の「Ｐ
ＳＭ」（フェノールノボラック、水酸基当量１０５）を
用いた。

【００３１】無機充填材としては、電気化学工業（株）
製の「ＦＢ６０」（溶融シリカ）を用いた。

【００３２】カップリング剤としては、信越化学工業
（株）製の「ＫＢＭ４０３」（γ−グリシドキシヒプロ
ピルトリメトキシシラン）を用いた。

【００３３】硬化促進剤としては、北興化学（株）製
の「ＴＰＰ」（トリフェニルホスフィン）を用いた。

【００３４】硬化促進剤としては、四国化成（株）製
の「キュアゾール」（２−フェニルイミダゾール）を用
いた。

【００３５】難燃剤としては、住友化学工業（株）製の
「ＥＳＢ４００」（ブロム化エポキシ樹脂）を用いた。

【００３６】難燃助剤としては、東湖産業（株）製の
「ＮＴ−３」（三酸化アンチモン）を用いた。

【００３７】顔料としては、三菱化学（株）製の「ＭＡ
６００」（カーボンブラック）を用いた。

【００３８】ワックスとしては、大日化学（株）製の
「Ｆ１―１００」（天然カルナバワックス）を用いた。

【００３９】ワックスとしては、ヘキスト社製の「Ｗ
ＡＸ−Ｓ」（モンタン酸系ワックス）を用いた。

【００４０】分散剤（１）としては、上記の化学式
（１）のもの（Ｒは炭素数１７のアルキル基）を用い
た。

【００４１】ワックス溶融混合物(I)は上記のワックス
とワックスの溶融混合物であって、ワックス／ワ
ックス＝１００：１００の質量比で１２０℃にて溶融
混合したものを用いた。

【００４２】ワックス溶融混合物(II)としては、上記の
ワックスを１２０℃にて溶融し、上記分散剤（１）を
ワックス全量に対して１／１０（質量比）配合し、さら
に１２０℃にて溶融混合したものを用いた。

【００４３】ワックス溶融混合物(III)は上記のワック
スとワックスの溶融混合物であって、ワックス／
ワックス＝１００：１００の質量比で１２０℃にて溶
融混合し、上記分散剤（１）をワックス全量に対して１
／１０（質量比）配合し、さらに１２０℃にて溶融混合
したものを用いた。

【００４４】ワックス溶融混合物(IV)はポリエチレンワ
ックスと上記ワックスの溶融混合物であって、ポリエ
チレンワックス／ワックス＝２０：１８０の質量比で
１２０℃にて溶融混合し、上記分散剤（１）をワックス
全量に対して１／１０（質量比）配合し、さらに１２０
℃にて溶融混合したものを用いた。尚、ポリエチレンワ
ックスとしてはヘキスト社製の「ＰＥＤ５２２」を用い
た。

【００４５】ワックス溶融混合物(V)は上記のワックス
とワックスの溶融混合物であって、ワックス／ワ
ックス＝１５０：５０の質量比で１２０℃にて溶融混
合し、上記分散剤（１）をワックス全量に対して１／１
０（質量比）配合し、さらに１２０℃にて溶融混合した
ものを用いた。

【００４６】ワックス溶融混合物(VI)は上記のワックス
とワックスの溶融混合物であって、ワックス／ワ
ックス＝１００：１００の質量比で１２０℃にて溶融
混合し、４級アンモニウム塩を分散剤としてワックス全
量に対して１／１０（質量比）配合し、さらに１２０℃
にて溶融混合したものを用いた。

【００４７】ワックス溶融混合物(VII)は上記のワック
スとワックスの溶融混合物であって、ワックス／
ワックス＝１００：１００の質量比で１２０℃にて溶
融混合し、上記の化学式（２）で示される分散剤（２）
をワックス全量に対して１／１０（質量比）配合し、さ
らに１２０℃にて溶融混合したものを用いた。尚、分散
剤（２）のＲ’は炭素数１７のアルキル基である。

【００４８】そして、実施例１〜１０及び比較例１〜３
を用いて成形品を作成し、その成形品のワックス汚れと
ワックスむらの発生を目視にて確認した。評価はワック
ス汚れとワックスむらが目視で確認できなかったものに
◎を、ワックス汚れとワックスむらが目視で少し確認で
きたものに○を、ワックス汚れとワックスむらが目視で
確認できるが実用上問題がないものに△を、ワックス汚
れとワックスむらが目視で確認できて実用上問題となる
ものに×をそれぞれ付した。尚、成形品はトランスファ
ー成形により直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍに成形されるも
のであり、成形条件は金型温度１７５℃、キュアは１２
０秒とした。

【００４９】また、実施例１〜１０及び比較例１〜３を
用いて光半導体装置（２８ｐｉｎＳＯＰ４２Ｌ／Ｆ）を
作成し、光半導体装置の４２アロイ製のリードフレーム
と封止樹脂（光半導体封止用樹脂組成物の硬化物）との
密着性を評価した。この評価はリードフレームと封止樹
脂の剥離箇所の個数を超音波探傷装置（ＳＡＴ）により
数え、剥離箇所の個数が０個の場合に○を、剥離箇所の
個数が数個あって一部が剥離している場合は△を付し
た。尚、この光半導体装置はマルチプランジャートラン
スファー成形機にて成形されたものであり、成形条件は
金型温度１７５℃、キュアは１２０秒とした。

【００５０】そして、上記のワックス汚れとワックスむ
ら及び密着性を総合して最も性能が良いものに◎を、実
用上問題がないものに○を、若干のワックス汚れとワッ
クスむらが目立つものの実用上問題がないものに△を、
実用上問題が生じるものに×をそれぞれ付した。結果を
表１に示す。

【００５１】

【表１】

【００５２】表１から明らかなように、実施例１〜１０
は比較例１〜３と比べて総合評価が高くなった。特に、
ワックスを全量に対して０．１〜３．０質量％配合し、
ワックスとしてモンタン酸系ワックスを用い、さらに分
散剤（１）（２）のいずれかを用いた実施例１〜４及び
実施例９、１０は他の実施例に比べてさらに総合評価が
高くなった。さらに、硬化促進剤としてイミダゾール類
を用いた実施例９は他の実施例に比べてさらに総合評価
が高くなった。

【００５３】

【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、硬化剤、無機充填材、硬化促進剤、
ワックスを配合した光半導体封止用樹脂組成物であっ
て、２種類以上のワックスと分散剤とを溶融混合したワ
ックス溶融混合物を用いると共に分散剤として上記
（１）（２）の構造式で示されるいずれか一つを用いる
ので、２種類以上のワックスを用いることによって、ワ
ックスのブリードアウトを抑えることができ、封止樹脂
のワックス汚れやワックスむらが発生しないようにする
ことができて半導体装置の外観が低下しないものであ
り、しかも、封止樹脂とリードフレームとの密着性を高
くすることができるものである。

【００５４】また、本発明の請求項２の発明は、ワック
スを全量に対して０．１〜３．０質量％配合するので、
ワックスのブリードアウトをより確実に抑えることがで
き、封止樹脂のワックス汚れやワックスむらが発生しな
いようにすることができるものである。

【００５５】また、本発明の請求項３の発明は、ワック
スのうち少なくとも一つがモンタン酸系ワックスであ
り、ワックスの全量に対して３０質量％以上が上記モン
タン酸系ワックスであるので、ワックスのブリードアウ
トをより確実に抑えることができ、封止樹脂のワックス
汚れやワックスむらが発生しないようにすることができ
るものである。

【００５６】また、本発明の請求項４の発明は、硬化促
進剤がイミダゾール類であるので、ワックスのブリード
アウトをより確実に抑えることができ、封止樹脂のワッ
クス汚れやワックスむらが発生しないようにすることが
できるものである。

【００５７】本発明の請求項５の発明は、請求項１乃至
４のいずれかに記載の光半導体封止用樹脂組成物を用い
て光半導体素子を封止するので、２種類以上のワックス
を配合した光半導体封止用樹脂組成物を用いることによ
って、封止樹脂におけるワックスのブリードアウトを抑
えることができ、封止樹脂のワックス汚れやワックスむ
らが発生しないようにすることができると共に封止樹脂
とリードフレームとの密着性を高くすることができるも
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)発明者大平勉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 AE032 CC043 CC053 CD051 CD061 CD121 CD171 DE147 DF017 DJ017 EJ036 EL068 EL088 EU118 EW138 FD017 FD143 FD146 FD158 GJ02 GQ01 4J036 AA01 DA01 DA05 DC41 FA01 FA10 FB02 FB18 JA07 4M109 AA01 BA01 CA21 EA03 EB02 EB04 EB09 EB12 EB18 EC09 EC20 GA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、硬
化促進剤、ワックスを配合した光半導体封止用樹脂組成
物であって、２種類以上のワックスと分散剤とを溶融混
合したワックス溶融混合物を用いると共に分散剤として
下記（１）（２）の構造式で示されるいずれか一つを用
いて成ることを特徴とする光半導体封止用樹脂組成物。【化１】
【請求項２】ワックスを全量に対して０．１〜３．０
質量％配合して成ることを特徴とする請求項１に記載の
光半導体封止用樹脂組成物。
【請求項３】ワックスのうち少なくとも一つがモンタ
ン酸系ワックスであり、ワックスの全量に対して３０質
量％以上が上記モンタン酸系ワックスであることを特徴
とする請求項１又は２に記載の光半導体封止用樹脂組成
物。
【請求項４】硬化促進剤がイミダゾール類であること
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
体封止用樹脂組成物。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の光半
導体封止用樹脂組成物を用いて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。