JP2008291194A - Epoxy resin composition for sealing photosemiconductor and photosemiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光半導体封止用のエポキシ樹脂組成物及び、このエポキシ樹脂組成物で封止した光半導体装置に関するものである。 The present invention relates to an epoxy resin composition for sealing an optical semiconductor and an optical semiconductor device sealed with the epoxy resin composition.
例えばフォトカプラーは受光素子と発光素子とを組み合わせ、発光素子から発光された光を受光素子で受光することによって、光を用いて信号を伝達する光半導体装置である。このような光半導体装置は、発光側からの光を効率良く受光側へ伝えることが重要である。またフォトカプラーでは、外部からの光を遮断し、耐湿信頼性、耐熱性を付与するために、二重の封止構造に形成されていることが特徴である。すなわち、まず、光伝達機能を有する一次封止樹脂で光半導体素子を封止し、続いて遮光性のある二次封止樹脂で封止するようにしている。 For example, a photocoupler is an optical semiconductor device that transmits a signal using light by combining a light receiving element and a light emitting element and receiving light emitted from the light emitting element by the light receiving element. In such an optical semiconductor device, it is important to efficiently transmit light from the light emitting side to the light receiving side. Further, the photocoupler is characterized in that it is formed in a double sealing structure in order to block light from the outside and impart moisture resistance reliability and heat resistance. That is, first, an optical semiconductor element is sealed with a primary sealing resin having a light transmission function, and subsequently sealed with a secondary sealing resin having a light shielding property.
そして従来は、一次封止樹脂としてシリコーン樹脂が、二次封止樹脂としてエポキシ樹脂が用いられているが、近年、低コスト化を目的に、一次封止樹脂にもエポキシ樹脂を適用することが検討されている（例えば特許文献１等参照）。
このようにエポキシ樹脂組成物で光半導体素子などの光半導体部品を封止するにあたって、透過率や反射率などを高めて光伝達性を向上させるために、無機充填剤を多量に配合することが検討されている。しかしこのように無機充填剤を多量に配合した場合、半田リフローの際に高温が作用すると、剥離やクラックなどが発生し易くなり、耐リフロー性に問題が生じるものであった。 Thus, when sealing an optical semiconductor component such as an optical semiconductor element with an epoxy resin composition, a large amount of an inorganic filler may be blended in order to improve the light transmittance by increasing the transmittance and reflectance. It is being considered. However, when a large amount of the inorganic filler is blended in this way, if a high temperature is applied during solder reflow, peeling or cracking is likely to occur, resulting in a problem with reflow resistance.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、良好な光伝達性を有し、かつ高い耐リフロー性を有す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。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide an epoxy resin composition for optical semiconductor encapsulation and an optical semiconductor device having good light transmission properties and high reflow resistance. It is what.
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、無機充填剤を必須成分とし、硬化促進剤として下記式（１）で示される第四級ホスホニウムの有機酸塩を含有すると共に、無機充填剤を全エポキシ樹脂組成物中に６５〜７５質量％含有することを特徴とするものである。 The epoxy resin composition for encapsulating an optical semiconductor according to claim 1 of the present invention includes an epoxy resin, a curing agent, a curing accelerator, and an inorganic filler as essential components, and the first represented by the following formula (1) as a curing accelerator. While containing the organic acid salt of quaternary phosphonium, 65-75 mass% of inorganic fillers are contained in the whole epoxy resin composition.
この発明によれば、無機充填剤を６５〜７５質量％含有することによって、高い透過率など良好な光伝達性能を付与することができるものであり、また硬化促進剤として上記の第四級ホスホニウムの有機酸塩を用いることによって、無機充填剤を多量に配合するにもかかわらず、高い耐リフロー性を付与することができるものである。 According to this invention, by containing 65 to 75% by mass of the inorganic filler, good light transmission performance such as high transmittance can be imparted, and the above-described quaternary phosphonium as a curing accelerator. By using this organic acid salt, high reflow resistance can be imparted even though a large amount of the inorganic filler is blended.
また請求項２の発明は、請求項１において、無機充填剤として、平均粒径が８〜２０μｍの球状溶融シリカを含有することを特徴とするものである。 The invention of claim 2 is characterized in that, in claim 1, spherical fused silica having an average particle diameter of 8 to 20 μm is contained as the inorganic filler.
この発明によれば、より透過率を高めることができ、また成形性が良好なエポキシ樹脂組成物を得ることができるものである。 According to this invention, the transmittance can be further increased, and an epoxy resin composition having good moldability can be obtained.
本発明の請求項３に係る光半導体装置は、請求項１又は２に記載のエポキシ樹脂組成物で光半導体部品が封止されていることを特徴とするものである。 An optical semiconductor device according to claim 3 of the present invention is characterized in that an optical semiconductor component is sealed with the epoxy resin composition according to claim 1 or 2.
この発明によれば、高い透過率など良好な光伝達性能を有すると共に、高い耐リフロー性を有する光半導体装置を得ることができるものである。 According to the present invention, an optical semiconductor device having good light transmission performance such as high transmittance and high reflow resistance can be obtained.
本発明によれば、無機充填剤を６５〜７５質量％含有することによって、高い透過率など良好な光伝達性能を付与することができ、また硬化促進剤として上記の第四級ホスホニウムの有機酸塩を用いることによって、高い耐リフロー性を付与することができ、良好な光伝達性能と高い耐リフロー性を有する光半導体装置を得ることができるものである。 According to the present invention, by containing 65 to 75% by mass of the inorganic filler, it is possible to impart good light transmission performance such as high transmittance, and the organic acid of the above quaternary phosphonium as a curing accelerator. By using a salt, high reflow resistance can be imparted, and an optical semiconductor device having good light transmission performance and high reflow resistance can be obtained.
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.
本発明においてエポキシ樹脂としては、分子中に二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ことなく使用することができるが、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂などを挙げることができる。これらは一種を単独で用いる他、二種以上を併用することもできる。 In the present invention, the epoxy resin can be used without particular limitation as long as it has two or more epoxy groups in the molecule. For example, bisphenol type epoxy resins such as bisphenol A type epoxy resins, Examples thereof include alicyclic epoxy resins, o-cresol novolac type epoxy resins, biphenyl type epoxy resins, dicyclopentadiene type epoxy resins, and bromine-containing epoxy resins. These may be used alone or in combination of two or more.
また本発明において硬化剤としては、エポキシ樹脂用の硬化剤として使用されているものであれば特に制限されることなく使用することができるが、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、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、フェノールアラルキル、ナフトールアラルキル等の各種多価フェノール化合物やナフトール化合物などを挙げることができる。これらは一種を単独で用いる他、二種以上を併用することもできる。 In the present invention, the curing agent can be used without particular limitation as long as it is used as a curing agent for epoxy resins. For example, hexahydrophthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, etc. And various polyhydric phenol compounds such as phenol novolak, phenol novolak, cresol novolak, phenol aralkyl, and naphthol aralkyl, and naphthol compounds. These may be used alone or in combination of two or more.
硬化剤の配合量は、エポキシ樹脂に対する硬化剤の当量比が０．５〜１．５の範囲、より好ましくは０．８〜１．２の範囲になるように設定するのが好ましい。 The blending amount of the curing agent is preferably set so that the equivalent ratio of the curing agent to the epoxy resin is in the range of 0.5 to 1.5, more preferably in the range of 0.8 to 1.2.
また本発明において無機充填剤としては、シリカ粉末を用いるのが好ましい。このシリカ粉末など無機充填剤の配合量は、エポキシ樹脂組成物の全量に対して６５〜７５質量％の範囲に設定されるものである。 In the present invention, silica powder is preferably used as the inorganic filler. The compounding quantity of inorganic fillers, such as this silica powder, is set to the range of 65-75 mass% with respect to the whole quantity of an epoxy resin composition.
上記のシリカ粉末としては、溶融シリカや結晶シリカなどを用いることができ、その形状は特に限定されるものではないが、球状や破砕状のものを用いることができる。シリカ粉末は平均粒径が８〜２０μｍのものが好ましい。シリカ粉末の平均粒径が８μｍ未満であると、封止成形をする際に、エポキシ樹脂組成物の樹脂漏れや樹脂バリなどに起因する成形不具合が発生し易くなり、このような成形性の低下によって生産性や歩留まりが悪くなるおそれがある。逆にシリカ粉末の平均粒径が２０μｍを超えると、半導体封止パッケージの薄肉部への樹脂の充填性が悪くなり、未充填等の成形不具合の原因となって同様に成形性に問題が生じるおそれがある。なかでも、シリカ粉末として平均粒径が８〜２０μｍの球状溶融シリカを用いるのが最も好ましい。 As said silica powder, a fused silica, a crystalline silica, etc. can be used, Although the shape is not specifically limited, A spherical or crushed thing can be used. The silica powder preferably has an average particle size of 8 to 20 μm. When the average particle size of the silica powder is less than 8 μm, molding failure is likely to occur due to resin leakage or resin burrs of the epoxy resin composition during sealing molding, and such moldability is deteriorated. Therefore, productivity and yield may be deteriorated. On the contrary, if the average particle diameter of the silica powder exceeds 20 μm, the resin filling property to the thin part of the semiconductor encapsulated package is deteriorated, which causes a molding defect such as unfilling, and the moldability similarly occurs. There is a fear. Among them, it is most preferable to use spherical fused silica having an average particle diameter of 8 to 20 μm as the silica powder.
そして本発明において硬化促進剤としては、上記の式（１）で示される第四級ホスホニウムの有機酸塩を用いるものである。またこの第四級ホスホニウムの有機酸塩と併用して、トリフェニルホスフィン、ジフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、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第三級アミン類及びその有機酸塩類、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酸塩類、２−フェニルイミダゾール、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類などの硬化促進剤を配合するようにしてもよい。 In the present invention, a quaternary phosphonium organic acid salt represented by the above formula (1) is used as the curing accelerator. In combination with the organic acid salt of quaternary phosphonium, organic phosphines such as triphenylphosphine and diphenylphosphine, 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undecene-7, triethanolamine, benzyldimethylamine Tertiary amines and their organic acid salts, organic acid salts such as tetraphenylphosphonium / tetraphenylborate and tetraphenylphosphonium / bromide, imidazoles such as 2-phenylimidazole and 1-benzyl-2-phenylimidazole, etc. You may make it mix | blend this hardening accelerator.
硬化促進剤の配合量は、エポキシ樹脂組成物の全量に対して０．０５〜５質量％の範囲に設定するのが好ましい。硬化促進剤の配合量が０．０５質量％未満であると、エポキシ樹脂と硬化剤との反応を十分に促進する効果を得ることができず、成形サイクルが低下するおそれがあり、逆に５質量％を超えると、ゲル化時間が短くなりすぎて、ボイドや未充填等の発生など成形性が悪化するおそれがある。 The blending amount of the curing accelerator is preferably set in the range of 0.05 to 5% by mass with respect to the total amount of the epoxy resin composition. If the blending amount of the curing accelerator is less than 0.05% by mass, the effect of sufficiently promoting the reaction between the epoxy resin and the curing agent cannot be obtained, and the molding cycle may be lowered. If it exceeds mass%, the gelation time becomes too short, and the moldability such as generation of voids and unfilling may be deteriorated.
本発明のエポキシ樹脂組成物は、上記のエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤を必須成分とするものであるが、これらの他に必要に応じて、離型剤、シランカップリング剤、シリコーン可撓剤などを配合することができる。 The epoxy resin composition of the present invention comprises the above-mentioned epoxy resin, curing agent, curing accelerator, and inorganic filler as essential components, but in addition to these, a mold release agent and a silane coupling, as necessary. An agent, a silicone flexible agent, and the like can be blended.
この離型剤としては、カルナバワックス、ステアリン酸、モンタン酸、カルボキシル基含有ポリオレフィンなどを用いることができ、シランカップリング剤としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどを用いることができる。 As this mold release agent, carnauba wax, stearic acid, montanic acid, carboxyl group-containing polyolefin and the like can be used. As silane coupling agents, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxy are used. Silane or the like can be used.
そして上記の各成分を配合し、混合・混練することによって、本発明に係る光半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得ることができるものである。また、このエポキシ樹脂組成物を用いて、発光素子や受光素子などの光半導体部品を封止成形することによって、光半導体装置を得ることができるものである。 Then, the epoxy resin composition for sealing an optical semiconductor according to the present invention can be obtained by blending, mixing and kneading each of the above components. Moreover, an optical semiconductor device can be obtained by sealing and molding optical semiconductor components such as a light emitting element and a light receiving element using this epoxy resin composition.
このように光半導体部品をエポキシ樹脂組成物で封止して得られる光半導体装置にあって、エポキシ樹脂組成物にはシリカ粉末などの無機充填剤が６５〜７５質量％と多量に含有されているので、封止樹脂に高い透過率など良好な光伝達性能を付与することができるものであり、また硬化促進剤として上記の第四級ホスホニウムの有機酸塩を用いるので、このように無機充填剤を多量に配合するにもかかわらず、高い耐リフロー性を付与することができるものである。 Thus, in an optical semiconductor device obtained by sealing an optical semiconductor component with an epoxy resin composition, the epoxy resin composition contains an inorganic filler such as silica powder in a large amount of 65 to 75% by mass. Therefore, it is possible to give the sealing resin good light transmission performance such as high transmittance, and since the above-mentioned quaternary phosphonium organic acid salt is used as a curing accelerator, inorganic filling is thus performed. Despite blending a large amount of the agent, high reflow resistance can be imparted.
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。 Next, the present invention will be specifically described with reference to examples.
（実施例１〜５及び比較例１）
表１に示す配合成分でエポキシ樹脂組成物を調製した。
(Examples 1-5 and Comparative Example 1)
Epoxy resin compositions were prepared with the ingredients shown in Table 1.
ここで、表１の配合成分は以下の通りである。
・エポキシ樹脂：住友化学（株）製「ＸＬ−３」
・硬化剤：群栄化学工業（株）製「ＰＳＭ６２００」
・硬化促進剤：式（１）の第四級ホスホニウムの有機酸塩（日本化学（株）製「ＰＸ−４ＭＰ」）
・硬化促進剤：２−フェニルイミダゾール（四国化成工業（株）製「２ＰＺ」）
・シランカップリング剤：信越化学工業（株）製「ＫＢＭ４０３」
上記のように調製したエポキシ樹脂組成物を、金型温度１７５℃、キュア時間９０秒の条件でトランスファー成形し、５０φ×０．３ｍｍのテストピースを作製した。このテストピースについて、島津製作所製の積分球付き分光光度計を使用し、９４０ｎｍの波長における光透過率と光反射率を測定した。そして光透過率については、２３％超を「◎」、２０〜２３％を「○」、２０％未満を「×」と評価し、光反射率については、６５％超、９０％以下を「◎」、６０〜６５％を「○」、６０％未満を「×」と評価した。
Here, the compounding components of Table 1 are as follows.
Epoxy resin: “XL-3” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.
・ Curing agent: “PSM6200” manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.
Curing accelerator: Organic salt of quaternary phosphonium of formula (1) (“PX-4MP” manufactured by Nippon Chemical Co., Ltd.)
Curing accelerator: 2-phenylimidazole (“2PZ” manufactured by Shikoku Chemicals Co., Ltd.)
・ Silane coupling agent: “KBM403” manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
The epoxy resin composition prepared as described above was transfer molded under the conditions of a mold temperature of 175 ° C. and a curing time of 90 seconds to produce a test piece of 50φ × 0.3 mm. The test piece was measured for light transmittance and light reflectance at a wavelength of 940 nm using a spectrophotometer with an integrating sphere manufactured by Shimadzu Corporation. For light transmittance, more than 23% is evaluated as “◎”, 20 to 23% is evaluated as “◯”, and less than 20% is evaluated as “×”. "A", 60-65% was evaluated as "O", and less than 60% was evaluated as "X".
また、上記のように調製したエポキシ樹脂組成物を、金型温度１８０℃、キュア時間６０秒の条件でトランスファー成形し、１７５℃で５時間ポストキュアすることによって、１８ＳＯＰの半導体封止パッケージを製造した。このパッケージに８５℃、６０％ＲＨ、４８時間の条件で吸湿処理を行なった後、２６５℃ピークのリフロー試験を行なった。そして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で確認し、耐リフロー性を評価した。ここで、観察したパッケージの総数１００個に対する不良品（剥離あるいはクラック発生）の割合を不良率として求め、不良率が０％のものを「○」、不良率が５％未満のものを「△」、不良率が５％以上のものを「×」と評価した。 The epoxy resin composition prepared as described above is transfer molded under conditions of a mold temperature of 180 ° C. and a curing time of 60 seconds, and post-cured at 175 ° C. for 5 hours to produce an 18SOP semiconductor encapsulated package. did. The package was subjected to moisture absorption treatment under conditions of 85 ° C., 60% RH and 48 hours, and then a reflow test of a peak at 265 ° C. was performed. The presence or absence of peeling or cracks in the package was confirmed by observation with a microscope and observation with an ultrasonic probe, and the reflow resistance was evaluated. Here, the ratio of defective products (exfoliation or crack occurrence) to the observed total number of 100 packages is obtained as a defect rate. A sample with a defect rate of 0% is indicated by “◯”, and a sample with a defect rate of less than 5% is indicated by “ “A failure rate of 5% or more was evaluated as“ x ”.
表１にみられるように、硬化促進剤として式（１）の第四級ホスホニウムの有機酸塩を用いた実施例１〜５のものはいずれも、光透過率や光反射率が高く、また耐リフロー性が高いものであった。一方、硬化促進剤としてこのような第四級ホスホニウムの有機酸塩を用いない比較例１では、光透過率、光反射率、耐リフロー性のいずれもが不良であった。 As seen in Table 1, all of Examples 1 to 5 using the organic acid salt of the quaternary phosphonium of formula (1) as the curing accelerator have high light transmittance and light reflectance, The reflow resistance was high. On the other hand, in Comparative Example 1 in which such an organic acid salt of quaternary phosphonium was not used as a curing accelerator, all of light transmittance, light reflectance, and reflow resistance were poor.
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| JP2020143246A (en) * | 2019-03-08 | 2020-09-10 | 信越化学工業株式会社 | Resin composition for wafer-level optical semiconductor device and optical semiconductor device |
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