JP2006063191A - 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

【課題】基本性能となる透明性を維持した上で、高い耐リフロー性を持つと共に金属（特にＡｇ及び４２アロイ）との密着力が強く、実装信頼性に優れた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、硬化剤、硬化促進剤を必須成分として含有する光半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関する。硬化促進剤として、下記式（１）で示される化合物、下記式（２）で示される化合物、第四級ホスホニウムの有機酸塩のうち少なくとも１種以上を用いる。
【化１】

【選択図】なし

Description

本発明は、ＬＥＤ、フォトトランジスター、フォトダイオード、ＣＣＤ、ＥＰＲＯＭ等の光半導体素子を封止するために用いられる光半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びこれを用いて製造される光半導体装置に関するものである。

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（例えば、特許文献１−３参照。）。特に、エポキシ樹脂組成物によるトランスファーモールドでの樹脂封止は、作業性や量産性の面でも優れている。そして、エポキシ樹脂組成物を用いた光半導体素子のモールド後の後工程においては、従来、半田ディッピングによるリード挿入実装が主流であった。

近年ではパッケージの小型化・薄型化・環境対応等の市場からの要望により、鉛フリー半田による面実装対応が要求され、高い実装信頼性、特に高温での耐リフロー信頼性が必要となっている。

この耐リフロー性の向上のため、低α化（低線膨張率化）や吸湿率の低下を狙った無機充填材の併用などの検討がこれまでになされてきたが、このような方法では屈折率の変化が起きるため光半導体装置の分野での応用は困難であった。また、基板の金属やウエハーとの密着力を向上させることを目的としてカップリング剤の併用などの検討もなされきた。

しかし、近年の鉛フリー半田による高温でのリフローに対応できるほどの十分なリフロー信頼性は未だ得られておらず、この点について改良の余地があった。
特開平１１−１８１０６０号公報 ＷＯ９６／１５１９１号公報 特開２００２−５３６４４号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、基本性能となる透明性を維持した上で、高い耐リフロー性を持つと共に金属（特にＡｇ及び４２アロイ）との密着力が強く、実装信頼性に優れた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。

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、硬化剤、硬化促進剤を必須成分として含有する光半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、硬化促進剤として、下記式（１）で示される化合物、下記式（２）で示される化合物、第四級ホスホニウムの有機酸塩のうち少なくとも１種以上を用いて成ることを特徴とするものである。

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、トリグリシジルイソシアヌレートを用いて成ることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２において、光半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対する硬化促進剤の含有量が０．１〜３質量％であることを特徴とするものである。

本発明の請求項４に係る光半導体装置は、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。

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によれば、基本性能となる透明性を維持した上で、耐リフロー性を高く得ることができると共に金属（特にＡｇ及び４２アロイ）との密着力を強めることができ、優れた実装信頼性を得ることができるものである。

請求項２の発明によれば、金属（特にＡｇ及び４２アロイ）との密着性をさらに向上させることができるものである。

請求項３の発明によれば、耐リフロー性を向上させる効果及びエポキシ樹脂と硬化剤との反応を促進させる効果を十分に得ることができると共に、ボイドや未充填等の成形性の悪化を防止することができるものである。

本発明の請求項４に係る光半導体装置によれば、高いリフロー性及び密着性によって、優れた実装信頼性を得ることができるものである。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

本発明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、硬化剤、硬化促進剤を必須成分として含有するものである。

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持つものであれば特に制限されるものではないが、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挙げることができる。これらの中でも特に、トリグリシジルイソシアヌレート（下記式（３）参照）を用いるのが好ましい。これにより、金属（特にＡｇ及び４２アロイ）との密着性をさらに向上させることができるものである。また、上述したビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等のように芳香環を有するエポキシ樹脂については、その芳香環に水素が添加したエポキシ樹脂等を用いることもできる。さらに、２種以上のエポキシ樹脂を併用しても差し支えないが、この場合には少なくともトリグリシジルイソシアヌレートを用いるのが好ましい。

また、硬化剤としては、エポキシ樹脂と反応するものであれば特に制限されるものではないが、比較的着色の少ないものを用いるのが好ましい。例えば、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水テトラヒドロフタル酸等の酸無水物、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し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等のポリメルカプタン系硬化剤等を挙げることができる。この他にアミン系硬化剤も挙げることができるが、硬化時の変色が大きいおそれがあるため、使用する際には添加量等に注意を要する。また、硬化剤は１種のみを使用するだけでなく、２種以上を併用しても差し支えない。エポキシ樹脂と硬化剤の当量比はエポキシ樹脂／硬化剤（当量比）＝０．８〜２であることが好ましい。

また、硬化促進剤としては、上記式（１）で示される化合物（化学名：Methyl tributylphosphonium dimethylphosphate）、上記式（２）で示される化合物、第四級ホスホニウムの有機酸塩のうち少なくとも１種以上を用いる。これにより、基本性能となる透明性を維持した上で、耐リフロー性を高く得ることができると共に金属（特にＡｇ及び４２アロイ）との密着力を強めることができ、優れた実装信頼性を得ることができるものである。第四級ホスホニウムの有機酸塩の具体例としては、第四級ホスホニウムのフタル酸塩であるサンアプロ（株）製「ＲＬ−００１」を挙げることができる。

また、上記式（１）で示される化合物、上記式（２）で示される化合物、第四級ホスホニウムの有機酸塩のうち少なくとも１種以上を用いた上で、さらにその他の硬化促進剤を用いることもできる。その他の硬化促進剤としては、エポキシ樹脂と硬化剤との反応を促進させる作用があるものであれば特に制限されるものではないが、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級アミン系硬化促進剤、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、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール（１Ｂ２ＰＺ）等のイミダゾール類等を挙げることができる。

また、光半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対する硬化促進剤の含有量は０．１〜３質量％であることが好ましい。硬化促進剤の含有量が０．１質量％より少ないと、耐リフロー性を向上させる効果を十分に得ることができないおそれがあり、また、エポキシ樹脂と硬化剤との反応を促進させる効果を十分に得ることができず、成形サイクルが悪化するおそれがある。逆に、硬化促進剤の含有量が３質量％より多いと、ゲル化時間が短くなりすぎ、ボイドや未充填等の成形性の悪化を引き起こすおそれがある。

また、本発明においては、その他の成分として、酸化防止剤、変色防止剤、劣化防止剤、染料、シリカ等の無機充填剤、シラン系カップリング剤、変性剤、可塑剤、希釈剤等を必要に応じて併用しても差し支えない。

そして、本発明に係る光半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、次のようにして製造することができる。まず、上述したエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、さらに必要に応じてその他の成分をディスパー等で均一に溶解混合したり、又はミキサーやブレンダー等で均一に混合した後にさらに３本ロール等で溶融混練する。次にこれを冷却・固化した後、この固化物を粉砕し、必要であればタブレット状に打錠することによって、光半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造することができる。なお、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である場合には、冷却・固化する前の段階（溶解混合又は溶融混練の段階）で製造を終了させることができる。

また、本発明に係る光半導体装置は、上記のようにして得られた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ことによって製造することができる。

具体的には、光半導体封止用エポキシ樹脂組成物が固形状（例えば、タブレット）である場合には、ＬＥＤ等の光半導体素子を搭載したリードフレームをトランスファー成形用金型にセットした後、上記のタブレットを用いてトランスファー成形を行うことによって、光半導体素子を光半導体封止用エポキシ樹脂組成物による封止材料で封止した光半導体装置を製造することができるものである。

また、光半導体封止用エポキシ樹脂組成物が液状である場合には、キャスティング、ポッティング、印刷等の方法を使用すればよい。例えば、ＬＥＤ等の光半導体素子を搭載したリードフレームを型枠にセットした後、この型枠内に光半導体封止用エポキシ樹脂組成物を流し込み、これを硬化させることによって、光半導体素子を光半導体封止用エポキシ樹脂組成物による封止材料で封止した光半導体装置を製造することができるものである。

そして、上記のようにして得られた光半導体装置にあっては、光半導体素子を封止している封止材料（成形品）の透明性が確保された上で、従来よりも耐リフロー性が向上しているものである。また、リードフレームに対する封止材料の密着性も高く得ることができるものであり、特にリードフレームがＡｇ又は４２アロイで形成されている場合には、上記密着性をさらに高く得ることができるものである。このように、本発明に係る光半導体装置にあっては、高いリフロー性及び密着性によって、優れた実装信頼性を得ることができるものである。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。

エポキシ樹脂（成分Ａ）として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂である油化シェルエポキシ（株）製「エピコート１００４」及びトリグリシジルイソシアネートである日産化学工業（株）製「ＴＥＰＩＣ−Ｓ」を用いた。

また、硬化剤（成分Ｂ）として、無水フタル酸である新日本理化（株）製「ＴＨＰＡ」を用いた。

また、硬化促進剤（成分Ｃ）として、上記式（１）で示される化合物である日本化学工業（株）製「ヒシコーリン ＰＸ−４ＭＰ」、上記式（２）で示される化合物であるサンアプロ（株）製「ＤＢＵ−安息香酸塩」、第四級ホスホニウムの有機酸塩であるサンアプロ（株）製「ＲＬ−００１」、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール（１Ｂ２ＰＺ）（四国化成工業（株）製）を用いた。

また、その他（成分Ｄ）として、酸化防止剤である住友化学工業（株）製「ＢＨＴ」を用いた。

そして、下記［表１］に示す配合量（質量％）で、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、さらに必要に応じてその他の成分をミキサーで均一に混合した後にさらに３本ロールで溶融混練した。次にこれを冷却・固化した後、この固化物を粉砕し、タブレット状に打錠することによって、光半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。

（密着性）
上記のようにして得られた光半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用い、２５ｍｍ四方のＡｇめっき金属板及び４２アロイ金属板の表面にそれぞれ、底面が直径３．６ｍｍの円形となるプリン成形品（円錐台状の成形品）を成形した。次に、この成形品を１５０℃で２時間ポストキュアーした後、上記成形品の各金属板に対する密着力をボンドテスターを用いて測定した。そして、Ａｇめっき金属板については、密着力が２０ＭＰａ以上であるものを「○」、密着力が１０ＭＰａ以上２０ＭＰａ未満であるものを「△」、密着力が１０ＭＰａ未満であるものを「×」として、密着性を評価した。一方、４２アロイ金属板については、密着力が１０ＭＰａ以上であるものを「○」、密着力が５ＭＰａ以上１０ＭＰａ未満であるものを「△」、密着力が５ＭＰａ未満であるものを「×」として、密着性を評価した。結果を下記［表１］に示す。

（耐リフロー性）
上記のようにして得られた光半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用い、金型温度１５０℃、キュアー時間１２０秒でトランスファー成形した後、１５０℃で２時間ポストキュアーすることによって、光ピックアップパッケージ（大きさ：４ｍｍ×５ｍｍ×１．８ｍｍ厚み）を製造した。次に、このパッケージに８５℃／８５％ＲＨ／２０時間の吸湿処理を行った後、２３５℃ピークのリフローテスト処理を行った。その後、このパッケージにおける剥離やクラックの有無をマイクロスコープによる観察及び超音波探査装置による観察によって確認した。そして、観察したパッケージの総数（１００個）に対する不良品の割合を不良率として求め、不良率が０％であるものを「○」、不良率が５％未満であるものを「△」、不良率が５％以上であるものを「×」として、耐リフロー性を評価した。結果を下記［表１］に示す。

上記［表１］にみられるように、実施例１〜７と比較例を対比すれば、硬化促進剤として、上記式（１）で示される化合物、上記式（２）で示される化合物、第四級ホスホニウムの有機酸塩のうち少なくとも１種を用いると、密着性及び耐リフロー性が向上することが確認される。

また、実施例６の結果から、エポキシ樹脂として、トリグリシジルイソシアヌレートを用いると、密着性がさらに向上することが確認される。

Claims (4)

1. エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤を必須成分として含有する光半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、硬化促進剤として、下記式（１）で示される化合物、下記式（２）で示される化合物、第四級ホスホニウムの有機酸塩のうち少なくとも１種以上を用い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。
   

   
2. エポキシ樹脂として、トリグリシジルイソシアヌレートを用いて成ることを特徴とする請求項１に記載の光半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 光半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対する硬化促進剤の含有量が０．１〜３質量％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エポキシ樹脂組成物。
4. 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。