JP2016088995A - 光半導体封止用樹脂組成物及び光半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形性、並びに、硬化後の光反射率及び耐熱変色性に優れる光半導体封止用樹脂組成物、並びに、光半導体装置を提供する。
【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）シリカ、（Ｅ）酸化チタン、及び（Ｆ）水酸化アルミニウムを含有し、前記（Ｃ）硬化促進剤がイミダゾール化合物を含み、前記（Ｅ）酸化チタンの平均粒径が０．３０μｍ以下であり、前記（Ｅ）酸化チタンの含有率が１０質量％〜３５質量％である、光半導体封止用樹脂組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、光半導体封止用樹脂組成物及び光半導体装置に関する。

フォトカプラは発光素子と受光素子とを組み合わせ、これらを封止樹脂等で封止した構造を有し、光を用いて電気信号を伝える素子である。フォトカプラでは、入力した電気信号を発光素子によって光に変換し、その光を受光素子で電気信号として出力するため、入力側と出力側とを絶縁した状態で信号を伝達することができる。

フォトカプラにおいては、高い電流変換効率（ＣＴＲ：Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｒａｔｉｏ）が求められる。ＣＴＲは、発光側の電流に対する受光側の起電力の比で表され、発光側の光がどれだけ受光側で電気信号に変換されたかを意味する。ＣＴＲの向上のため、高い光反射率を有する白色の封止材料が求められている。封止材料の光反射率を高める方法として、酸化チタンを配合することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、近年更なるＣＴＲの向上が要求されており、それに伴い封止材料においても更なる光反射率の向上が求められている。これまで封止材料に関しては、酸化チタンの種類、添加量等、様々な検討がなされている。しかし、封止材料の光反射率を高めようとすると、成形性、耐湿信頼性等の低下がみられ、これらの性能を全て満たすという要求には十分に応えられていない。

また、これまでのフォトカプラは、製造過程中又は使用中の熱によって黄変するため、ＣＴＲの低下の原因となる可能性があり、問題となっている。この点についても、封止樹脂の種類の特定、添加剤等の検討がなされているが、十分ではない。

特開昭５６−１２７８６号公報

本発明は、成形性、並びに、硬化後の光反射率及び耐熱変色性に優れる光半導体封止用樹脂組成物、並びに、光半導体装置を提供することを目的とする。

上記課題の解決のために鋭意研究を重ねた結果、酸化チタンとともにシリカ及び水酸化アルミニウムを用い、硬化促進剤として特定の化合物を用い、酸化チタンの平均粒径及び含有率を特定の範囲とすることにより、成形性、並びに硬化後の光反射率及び耐熱変色性に優れる光半導体封止用樹脂組成物が得られることが明らかとなった。
すなわち本発明は、以下の通りである。

＜１＞ （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）シリカ、（Ｅ）酸化チタン、及び（Ｆ）水酸化アルミニウムを含有し、
前記（Ｃ）硬化促進剤がイミダゾール化合物を含み、
前記（Ｅ）酸化チタンの平均粒径が０．３０μｍ以下であり、
前記（Ｅ）酸化チタンの含有率が１０質量％〜３５質量％である、光半導体封止用樹脂組成物。

＜２＞ 前記（Ｄ）シリカの含有率が４０質量％〜７０質量％である前記＜１＞に記載の光半導体封止用樹脂組成物。

＜３＞ 前記（Ｄ）シリカの平均粒径が２０μｍ〜４０μｍである前記＜１＞又は＜２＞に記載の光半導体封止用樹脂組成物。

＜４＞ 前記（Ｅ）酸化チタンの含有率が１０質量％〜３０質量％である前記＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の光半導体封止用樹脂組成物。

＜５＞ 前記（Ｅ）酸化チタンの平均粒径が０．２μｍ〜０．３μｍである前記＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の光半導体封止用樹脂組成物。

＜６＞ 前記（Ｄ）シリカ、前記（Ｅ）酸化チタン及び前記（Ｆ）水酸化アルミニウムの総含有率が、７０質量％〜８５質量％である前記＜１＞〜＜５＞のいずれか１項に記載の光半導体封止用樹脂組成物。

＜７＞ 前記（Ａ）エポキシ樹脂におけるエポキシ基の当量に対する、前記（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤における水酸基の当量の比（水酸基の当量／エポキシ基の当量）が０．５〜１．２である前記＜１＞〜＜６＞のいずれか１項に記載の光半導体封止用樹脂組成物。

＜８＞ 発光素子と、
受光素子と、
前記発光素子及び前記受光素子を封止する、前記＜１＞〜＜７＞のいずれか１項に記載の光半導体封止用樹脂組成物の硬化物と、
を有する光半導体装置。

本発明によれば、成形性、並びに、硬化後の光反射率及び耐熱変色性に優れる光半導体封止用樹脂組成物、並びに、光半導体装置を提供することができる。

以下、本発明の詳細について説明する。
なお、本明細書において、「〜」は、その前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示すものとする。また、各成分の量について言及する場合、各成分に該当する物質が複数存在する場合には、特に断らない限り、当該複数の物質の合計量を意味する。

本明細書において、光反射率とは、近赤外域（８００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度）の光の反射率をいう。白色、白色度、及び黄色度は、人の肉眼による観察の結果（見た目）をいい、黄色度は、色差計を用いて測定される。

＜光半導体封止用樹脂組成物＞
本発明の光半導体封止用樹脂組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）シリカ、（Ｅ）酸化チタン、及び（Ｆ）水酸化アルミニウムを含有する。そして、（Ｃ）硬化促進剤がイミダゾール化合物を含み、（Ｅ）酸化チタンの平均粒径が０．３０μｍ以下であり、（Ｅ）酸化チタンの含有率が、１０質量％〜３５質量％である。
このような構成を採用することにより、成形性、並びに、硬化後の光反射率及び耐熱変色性に優れる光半導体封止用樹脂組成物が得られる。

（Ａ）成分：エポキシ樹脂
エポキシ樹脂としては、特に制限されず、１分子中にエポキシ基を２個以上含有する化合物が挙げられる。具体的に、エポキシ樹脂として、ノボラック型エポキシ樹脂、ジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンとフェノール化合物との共縮合樹脂のエポキシ化物、ナフタレン環を有するエポキシ樹脂、フェノール・アラルキル樹脂のエポキシ化物、アラルキル型フェノール樹脂のエポキシ化物、トリメチロールプロパン型エポキシ樹脂、テルペン変性エポキシ樹脂、線状脂肪族エポキシ樹脂、脂環族エポキシ樹脂、硫黄原子含有エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

（Ｂ）成分：フェノール樹脂硬化剤
フェノール樹脂硬化剤としては、特に制限されず、封止用エポキシ樹脂組成物に一般に使用されているものであればよい。具体的に、フェノール樹脂硬化剤としては、ノボラック型フェノール樹脂、アラルキル型フェノール樹脂、パラキシリレン変性フェノール樹脂、メタキシリレン変性フェノール樹脂、置換又は非置換のメラミン変性フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、シクロペンタジエン変性フェノール樹脂、多環芳香環変性フェノール樹脂等が挙げられる。これらは、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて併用してもよい。

（Ａ）エポキシ樹脂におけるエポキシ基の当量に対する、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤における水酸基の当量の比（水酸基の当量／エポキシ基の当量）は、未硬化成分の残りを少なくする観点から、０．５〜１．２であることが好ましく、０．６〜０．８であることがより好ましい。

光半導体封止用樹脂組成物中の、（Ａ）エポキシ樹脂と（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤との総含有率は、１５質量％〜３０質量％であることが好ましく、２０質量％〜３０質量％であることがより好ましい。

（Ｃ）成分：硬化促進剤
硬化促進剤は、硬化後の熱変色を抑える観点から、イミダゾール化合物を含む。イミダゾール化合物としては、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール等が挙げられる。イミダゾール化合物は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて併用してもよい。

硬化促進剤として、イミダゾール化合物に代えて、有機ホスフィン系硬化促進剤、アミン系硬化促進剤及びその有機塩を用いた場合には、硬化後の耐熱変色性に劣る。しかし、有機ホスフィン系硬化促進剤、アミン系硬化促進剤及びその有機塩は、本発明の硬化を損なわない範囲において、イミダゾール化合物とともに用いてもよい。全硬化促進剤中のイミダゾール化合物の含有率は、８０質量％以上であることが好ましく、９０質量％以上であることがより好ましく、９５質量％以上であることが更に好ましい。

光半導体封止用樹脂組成物中の硬化促進剤の含有率は、０．０５質量％〜０．７質量％であることが好ましく、０．１質量％〜０．７質量％であることがより好ましく、０．２質量％〜０．６質量％であることが更に好ましい。

硬化促進剤の含有率が０．０５質量％以上の場合には、エポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤との硬化反応が十分促進され、成形時間が短縮される傾向がある。一方、硬化促進剤の含有率が０．７質量％以下の場合には、硬化時間が短くなりすぎることが抑えられ、未充填等の成形不良の発生が抑えられ、かつ、熱変色が抑えられる傾向にある。

（Ｄ）：シリカ
シリカとしては、特に制限されず、溶融破砕シリカ、結晶シリカ等が挙げられる。シリカの平均粒径は２０μｍ〜４０μｍが好ましく、２５μｍ〜３０μｍがより好ましい。平均粒径が２０μｍ以上の場合には、成形時に樹脂漏れ及び樹脂バリの発生が抑制される傾向にあり、４０μｍ以下の場合には、パッケージの肉薄部への充填性に優れる傾向にある。
平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置にて測定される。

光半導体封止用樹脂組成物中のシリカの含有率は、４０質量％〜７０質量％であることが好ましく、４０質量％〜６５質量％であることがより好ましく、４２質量％〜６５質量％であることが更に好ましい。シリカの含有率が４０質量％以上の場合には、封止樹脂としての強度に優れる傾向にあり、７０質量％以下の場合には、流動性に優れ、成形性に優れる傾向がある。

（Ｅ）酸化チタン
酸化チタンとしては、特に制限されず、アナターゼ型（正方晶）、ルチル型（正方晶）、ブルッカイト型等の酸化チタンが挙げられる。

酸化チタンの平均粒径は０．３μｍ以下であり、０．２μｍ〜０．３μｍであることが好ましい。酸化チタンの粒子径が光の波長の半分となるときに、その光は酸化チタンによって最も効率よく反射される。したがって、近赤外域の光（８００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度）の反射率を向上させる観点から、酸化チタンの平均粒径は上記範囲とする。また、平均粒径が０．３μｍを超える場合には、可視域の光の反射率が低下して見た目の白色度が低下するため、耐熱変色性が低下する。平均粒径が０．２μｍ以上の場合には、可視領域での光反射率が向上して見た目の白色度が向上する傾向がある。
酸化チタンの平均粒径は、透過型電子顕微鏡写真を元に、画像回折装置によって測定される。

光半導体封止用樹脂組成物中の酸化チタンの含有率は、１０質量％〜３５質量％であり、１０質量％〜３０質量％であることが好ましく、１０質量％〜２５質量％であることがより好ましい。酸化チタンの含有率が１０質量％未満では、光反射率が低下するためＣＴＲが低下する。このように、酸化チタンの含有率には最適な範囲があり、その範囲を外れると良好な光反射率及びＣＴＲの向上の効果が得られない。また、酸化チタンの含有率が３５質量％を超えると、流動性が著しく低下し、成形不良の原因となる恐れがある。

酸化チタンは表面処理を施したものを使用してもよい。表面処理剤の種類は限定されない。流動性及び分散性の観点からは、酸化チタンを、シラン化合物、アルミニウム化合物等で表面処理したものを使用してもよい。また、エポキシ樹脂との相溶性の観点からは、酸化チタンを、ポリオール等の有機成分で処理したものを使用してもよい。

酸化チタンは、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて併用してもよい。

（Ｆ）水酸化アルミニウム
光半導体封止用樹脂組成物は、難燃性の観点から、水酸化アルミニウムを含有する。水酸化アルミニウムとしては、特に制限されず、形状、粒径等について制限されない。

光半導体封止用樹脂組成物中の水酸化アルミニウムの含有率は、３０質量％以下であることが好ましく、１０質量％〜２０質量％がより好ましい。３０質量％以下の場合、硬化が阻害され難くなり成形性に優れる。水酸化アルミニウムは表面処理を施したものを使用してもよい。

光半導体封止用樹脂組成物中の、（Ｄ）シリカ、（Ｅ）酸化チタン及び（Ｆ）水酸化アルミニウムの総含有率は、流動性の観点から、７０質量％〜８５質量％であることが好ましく、７０質量％〜８０質量％であることがより好ましい。

（その他の成分）
光半導体封止用樹脂組成物には、（Ａ）〜（Ｆ）成分のほかに、必要に応じてモンタン酸ワックス、ポリエチレンワックス等の離型剤、シランカップリング剤、酸化防止剤、イオントラップ剤などを含有してもよい。

＜光半導体封止用樹脂組成物の調製＞
光半導体封止用樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｆ）成分、及び必要に応じて更にその他の成分を加熱混練することで得られる。

＜光半導体装置＞
本発明の光半導体装置は、発光素子と、受光素子と、前記発光素子及び前記受光素子を封止する上述の光半導体封止用樹脂組成物の硬化物と、を有する。
発光素子としては、発光ダイオード等が挙げられる。受光素子としては、フォトトランジスタ等が挙げられる。封止方法としては特に限定されず、低圧トランスファ法、射出成形法、圧縮成形法、注型法等が挙げられ、一般には低圧トランスファ法が用いられる。

光半導体封止用樹脂組成物の硬化は、加熱等により行なわれる。加熱は、成形時に行なわれ、更に、成形後にも加熱を行なってもよい。いずれの段階の加熱も、温度は１５０℃以上であることが好ましい。また、成形時の加熱の際に、圧力をかけてもよい。

次に実施例により本発明を説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

＜光半導体封止用樹脂組成物の調製＞
表１に示す成分をそれぞれ表１に示す質量部で配合し、ヘンシェルミキサで混合を行い、押出し混練機によって加熱混練することで光半導体封止用樹脂組成物を調製した。

＜評価＞
次に、実施例及び比較例の光半導体封止用樹脂組成物を、以下に示す各種試験によって評価した。評価結果を表２に示した。なお、光半導体封止用樹脂組成物の成形は、トランスファ成形機を用い、金型温度１８０℃、成形圧力６．９ＭＰａ、硬化時間９０秒の条件下で行った。また、後硬化は１７５℃で６時間行った。

［スパイラルフロー（ＳＦ）］
ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用金型を用いて、上記条件で光半導体封止用樹脂組成物を成形して流動距離（ｃｍ）を測定した。

［ゲルタイム（ＧＴ）］
１７５℃の熱板上におけるゲル化時間を測定した。

［初期光反射率］
日本分光製分光光度計Ｖ−５７０を用いて、成形後のテストピースの光反射率を波長８００ｎｍにて測定した。

［初期及び後硬化処理後の黄色度］
日本電色株式会社製色差計ＶＳＲ４００を用いて、成形後のテストピース、及び後硬化処理後のテストピースについて黄色度を測定した。

実施例では良好な成形性を維持しつつ、高い光反射率と耐熱変色性とを奏する光半導体封止用樹脂組成物を得ることができた。
一方、イミダゾール化合物以外の硬化促進剤を使用した比較例１〜３、及び平均粒径が０．３０μｍよりも大きい酸化チタンを使用した比較例４及び５は、初期及び後硬化処理後の黄色度が高くなった。
また、酸化チタンの含有率が３５質量％を超える比較例６は、流動性が著しく低く、酸化チタンの含有率が１０質量％に満たない比較例７及び８は、光反射率が低い結果となった。
上記のように、本発明によれば、成形性、並びに、硬化後の高光反射性及び高耐熱変色性を兼ね備えた光半導体封止用樹脂組成物を得ることができる。

Claims (8)

1. （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）シリカ、（Ｅ）酸化チタン、及び（Ｆ）水酸化アルミニウムを含有し、
   前記（Ｃ）硬化促進剤がイミダゾール化合物を含み、
   前記（Ｅ）酸化チタンの平均粒径が０．３０μｍ以下であり、
   前記（Ｅ）酸化チタンの含有率が１０質量％〜３５質量％である、光半導体封止用樹脂組成物。
2. 前記（Ｄ）シリカの含有率が４０質量％〜７０質量％である請求項１に記載の光半導体封止用樹脂組成物。
3. 前記（Ｄ）シリカの平均粒径が２０μｍ〜４０μｍである請求項１又は請求項２に記載の光半導体封止用樹脂組成物。
4. 前記（Ｅ）酸化チタンの含有率が１０質量％〜３０質量％である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光半導体封止用樹脂組成物。
5. 前記（Ｅ）酸化チタンの平均粒径が０．２μｍ〜０．３μｍである請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光半導体封止用樹脂組成物。
6. 前記（Ｄ）シリカ、前記（Ｅ）酸化チタン及び前記（Ｆ）水酸化アルミニウムの総含有率が、７０質量％〜８５質量％である請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の光半導体封止用樹脂組成物。
7. 前記（Ａ）エポキシ樹脂におけるエポキシ基の当量に対する、前記（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤における水酸基の当量の比（水酸基の当量／エポキシ基の当量）が０．５〜１．２である請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の光半導体封止用樹脂組成物。
8. 発光素子と、
   受光素子と、
   前記発光素子及び前記受光素子を封止する、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の光半導体封止用樹脂組成物の硬化物と、
   を有する光半導体装置。