JP3391681B2 - 光半導体封止用のエポキシ樹脂組成物および樹脂封止型光半導体装置 - Google Patents
光半導体封止用のエポキシ樹脂組成物および樹脂封止型光半導体装置Info
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Description
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エポキシ
樹脂組成物とこのエポキシ樹脂組成物により封止された
光半導体装置に関する。
材として、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。これらの封止方法としては、一
般に常温で固形の場合はタブレットをトランスファー成
形する方法や、常温で液状の場合は、キャスティングや
ポッティング、印刷等の方式により、光半導体装置が製
造されている。その中でも、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、作業性並び
に、量産性の面でも優れている。
性が最重要視されるため、シリカ等の無機質充填材をエ
ポキシ樹脂組成物中に多量に添加することが困難であ
る。このため、成形体において、エポキシ樹脂組成物の
熱膨張係数は約70ppmであり、素子とリードフレー
ムの熱膨張係数は約5〜17ppmのため、この熱膨張
係数差により発生する応力が非常に大きい。
エポキシ樹脂組成物は、金型からの離型性をアップさせ
るために、内部離型剤が一般に添加されている。このた
め、従来の技術では、モールド及びアフターキュアー直
後に、エポキシ樹脂組成物とインナー(素子及びリード
フレーム)が密着していても、その後のバリ取りや半田
メッキ等の後加工時に加わる外部応力により剥離が発生
し易いという問題がある。この様に、後加工時に剥離が
発生すると、その剥離界面から侵入した水分等がアルミ
パッドやアルミ配線等の腐食を引き起こし、導通不良や
リーク不良を引き起こす原因となる。
本発明の課題は、金型との離型性や成型品の外観等を損
なわずに、リードフレームとの密着力の向上を計り、耐
後加工性を向上させること、そして、安定して良好な耐
湿信頼性を確保した樹脂封止型半導体装置を提供するこ
とにある。
剥離界面から浸入する水分等による様々な不良発生や耐
湿信頼性の安定性向上を解決するために様々な研究を重
ねた。ここで、エポキシ樹脂組成物と素子及びリードフ
レームの熱膨張係数差により発生する応力が非常に大き
いため、封止樹脂とリードフレームの界面には非常に大
きな応力が蓄積されている。このため、たとえモールド
及びアフターキュアー後に密着していても、バリ取り工
程で加わる成型品への外部応力や、半田メッキ工程で接
触するアルカノールスルホン酸等の薬品による界面浸食
で発生する剥離を防止することが有効であることに着眼
した。そこで本研究者らは、エポキシ樹脂組成物とリー
ドフレームとの密着力を向上することについて更に研究
を重ねた。
剤(B成分)と硬化促進剤(C成分)とを含有し、更に
加えて下記一般式:
(D成分)を添加したエポキシ樹脂組成物では、上記D
成分中の硫黄原子がリードフレームの材質である金属と
電気的に錯体を形成し、より強固にエポキシ樹脂組成物
とリードフレームの密着力が形成されることを突き止め
た。更には、この成分Dを予めA成分と前反応させた
り、或いは、このD成分のうち加水分解性基を有するメ
ルカプト基含有シラン化合物を予め加水分解させて得ら
れたメルカプト基含有シラン化合物加水分解物Eを添加
することにより、更に均一で強固な密着力が得られるこ
とを見いだした。また、一般に光半導体用途に用いられ
ているリードフレームの表面に銀メッキの施された銀メ
ッキリードフレームにおいては、この密着力の著しい向
上が達成された。このため、バリ取り工程で外部応力が
加わったり、半田メッキ工程で薬品が接触しても剥離が
発生せず、剥離界面から浸入する水分等による様々な不
良発生や耐湿信頼性の安定性向上が図れることを見いだ
し本発明に至った。
樹脂組成物は、エポキシ樹脂(A)と硬化剤(B)と硬
化促進剤(C)を含むエポキシ樹脂組成物において、加
水分解性基を有するメルカプト基含有シラン化合物が加
水分解されてなるメルカプト基含有シラン化合物加水分
解物(E)をも含有することを特徴とする。本発明は、
また、半導体素子をエポキシ樹脂組成物で封止してなる
光半導体装置において、前記エポキシ樹脂として上記本
発明のエポキシ樹脂組成物が使用されていることを特徴
とする。
る。本発明に用いたエポキシ樹脂組成物はA:エポキシ
樹脂 B:硬化剤 C:硬化促進剤 D:上記一般式で
表されるメルカプト基含有シラン化合物の必須成分から
成るものである。
分子中に2個以上のエポキシ基を持っていれば特に制限
はないが、光半導体用エポキシ樹脂組成物には比較的着
色の少ないものが好ましい。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が挙
げられる。又、これらを単独でも併用して用いても差し
支えない。
シ樹脂と反応するものであれば特に制限はないが、光半
導体用エポキシ樹脂組成物には比較的着色の少ないもの
が好ましい。例えば、無水ヘキサ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等がある。この他にアミ
ン系硬化剤も挙げられるが、硬化時の変色が大きいため
使用する際は添加量等に注意を要する。又、これらを単
独でも併用して用いても差し支えない。
量に対して硬化剤の当量を0.5〜1.5の範囲に設定
することが好ましく、特に好ましくは0.7〜1.0で
ある。硬化剤の当量が0.5未満であれば離型性が悪
く、1.5を越えると吸湿が増加し、信頼性が悪くなる
傾向がある。上記C成分であ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、
2−メチルイミダゾール、2−フェニル4−メチルイミ
ダゾール、2−フェニルイミダゾール等のイミダゾール
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等の有機塩類
等が挙げられる。又、これらを単独でも併用して用いて
も差し支えない。
物全体に対して硬化促進剤0.25〜5wt%の範囲に設
定することが好ましい。硬化促進剤の配合量が0.25
wt%未満ではゲル化時間が遅くなり、硬化作業性を著し
く低下させる傾向がみられ、逆に5wt%を越えると、硬
化が急速に進み、その結果、発熱が大きくなってクラッ
クや発泡を生じる恐れがある。
メルカプト基含有シラン化合物を指す。このD成分をエ
ポキシ樹脂組成物に添加する際に、そのまま添加しても
差し障りはないが、特に予めA成分と前反応したものを
添加することにより、リードフレームとの密着強度が均
一に大きく向上する。また、更には、このD成分のうち
加水分解性基を有するメルカプト基含有シラン化合物を
予め加水分解させて得られたメルカプト基含有シラン化
合物加水分解物であるE成分をA成分と前反応すること
により、リードフレームとの密着強度を更に大幅に向上
できる。
物全体に対して、5wt%以下の添加量になるように配合
することが好ましい。更に好ましくは0.001〜5wt
%の範囲である。すなわちD成分の配合量が0.001
wt%未満ではリードフレームとの十分な密着力を得難
く、5wt%より上では、組成物のガラス転移点や曲げ強
度等の諸物性の低下や、成型時のブリード等による離型
性の阻害を招く恐れがある。
以上の直鎖状第一級アルコールのエトキシ化物(成分
F)を含有することによりリードフレームとの高い密着
性と金型との安定した連続離型性を同時に合わせ持った
エポキシ樹脂組成物を得ることができる。また、この発
明に用いられるエポキシ樹脂組成物は、上記以外に必要
に応じて変色防止剤、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、
希釈剤等を配合しても差し支えない。
のではないが、例えば、ラウリン酸アマイド等の飽和脂
肪酸モノアマイド類、オレイン酸アマイド等の不飽和脂
肪酸モノアマイド類、N−ステアリルステアリン酸アマ
イド等の置換アマイド類、メチロールステアリン酸アマ
イド等のメチロールアマイド類、メチレンビスステアリ
ン酸アマイド等の飽和脂肪酸ビスアマイド類、エチレン
ビスオレイン酸アマイド等の不飽和脂肪酸ビスアマイド
類、m−キシレンビスステアリン酸アマイド等の芳香族
系ビスアマイド類等の脂肪酸アマイド等がエポキシ樹脂
組成物への相溶性の点からも光半導体用途に好ましい。
離型剤の配合割合は組成物全体の0.25〜7.5wt%
であることが好ましい。
脂、硬化剤、硬化促進剤とD成分、更にはその他添加剤
成分を溶解混合又は溶融混合後3本ロール等で溶融混練
し、これを冷却・固化した後、粉砕し、必要ならタブレ
ット状に打錠することにより製造することができる。ま
た、性状が室温で液状の場合は、溶解混合又は溶融混練
までで製造することができる。そして、このようにして
得られたエポキシ樹脂組成物を、固形の場合はタブレッ
トをトランスファー成形して光半導体素子の封止に用い
ることにより、また、液状の場合は、キャスティングや
ポッティング、印刷等の方式で注型、硬化させることに
より、光半導体装置を製造することができる。
いて以下のように性能評価を行った。 (光透過性)分光光度計((株)日立製作所製)を用
い、厚み1mmのテストピースの可視光領域の光透過率か
ら評価した。 (耐湿信頼性)幅10μm、厚み1μmの櫛形アルミパ
ターンを形成したTEGを搭載した銀メッキを施した4
2アロイリードフレームを16DIP金型を用いてトラ
ンスファー成形を行った。成型品を120℃で16時間
アフターキュアーし性能評価用の16DIP10パッケ
ージを得た。上記10パッケージを121℃100%R
Hの条件下で50時間PCT試験を行いオープン不良率
から評価した。 (密着性)超音波探査装置(キャノン製)を用いバリ取
り工程後及び半田メッキ工程後の銀メッキリードフレー
ムとの密着性を評価した。 (密着強度)銀メッキを施した42アロイリードフレー
ム、及び銀メッキを施したCuフレームを用い、モール
ド及びタイバーカットを施したリードフレーム部分をイ
ンストロン型引っ張り試験器(島津製作所製)を用い、
2mm/sec.でリード部分の引き抜き強度を評価した。
た。
て説明する。 (実施例1〜7及び比較例1〜6)実施例及び比較例の
配合成分については下記の物質を表1,2に示した配合
量でそれぞれ用いた。エポキシ樹脂には、ビスフェノー
ルA型エポキシ樹脂(ア)(油化シェルエポキシ(株)
製エピコート828、エポキシ等量195)、ビスフェ
ノールA型エポキシ樹脂(イ)(油化シェルエポキシ
(株)製エピコート1001、エポキシ等量490)、
及び、o−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(ウ)
(住友化学ESCN−195XL、エポキシ等量19
5)を単独又は併用して用いた。硬化剤にはテトラヒド
ロ無水フタル酸(エ)(新日本理化(株)製リカシッド
TH、分子量152)、及び、フェノール樹脂(オ)
(群栄化学製PSM6200、フェノール等量105)
を単独又は併用して用いた。硬化促進剤には1,8−ジ
アザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7(カ)を用
いた。添加剤成分としてはモンタン酸ワックス(キ)
(ヘキスト製WAX−S)、上記F成分に示す炭素数1
8以上の直鎖状第一級アルコールのエトキシ化物として
平均分子量700で水酸基等量65の直鎖状アルコール
に重量比で50%エトキシ化したもの(ク)(融点11
0℃、平均分子量1500)を用いた。また、上記構造
の成分Dとしてγ−メルカプトプロピルトリメトキシシ
ラン(東芝シリコーン(株)製、TSL8380)
(ケ)を用いた。この成分Dを成分Aと予め前反応させ
たものとしては、(ア)と(ケ)を重量比で1:1〜
1:100の割合で配合し、窒素雰囲気下の環流下で3
0〜60℃に加温し1〜5時間反応させたものを用い
た。また、上記成分Dを予め加水分解させた成分Eとし
ては、(ケ)と蒸留水とアルコールを重量比で100:
1〜100:1〜100の割合で混合したものを窒素雰
囲気下の環流下で30〜60℃に加温し1〜10時間加
水分解させたもの(コ)を用いた。成分Eを成分Aと予
め前反応させたものとしては、(ア)と(コ)を重量比
で1:1〜1:100の割合で配合し、窒素雰囲気下の
環流下で30〜60℃に加温し1〜5時間反応させたも
のを用いた。
明によると、上記一般式で表されるメルカプト基含有シ
ラン化合物を使用していない組成物(比較例1)に比べ
て、優れた密着性、耐後工程性を有する。また、比較例
2の様にメルカプト基含有シラン化合物をそのまま組成
物に添加するよりも、予めエポキシ樹脂と前反応した
り、メルカプト基含有シラン化合物を予め加水分解した
ものを使用することにより更なる密着性の向上と耐後工
程性が得られる。更に炭素数18以上の直鎖状第一級ア
ルコールのエトキシ化物を配合することにより、インナ
ーとの密着性と安定した連続離型性を両立させることが
可能となり生産効率も向上できる。また、透明性は現行
と同等の性能を有し、耐湿信頼性もより高い安定性が確
保できる。
ドフレームを使用した場合の密着性、及び光透過性に優
れたエポキシ樹脂組成物を得ることができる。これによ
りバリ取り工程や半田メッキ工程等の後加工時において
密着性に優れたエポキシ樹脂組成物を提供することがで
きる。また、更にはこれを用いて耐湿信頼性の良好な光
半導体装置が得られる。
Claims (6)
- 【請求項1】エポキシ樹脂(A)と硬化剤(B)と硬化
促進剤(C)を含むエポキシ樹脂組成物において、加水
分解性基を有するメルカプト基含有シラン化合物が加水
分解されてなるメルカプト基含有シラン化合物加水分解
物(E)をも含有することを特徴とする、光半導体封止
用のエポキシ樹脂組成物。 - 【請求項2】メルカプト基含有シラン化合物加水分解物
(E)の配合量が組成物全体に対し0.001〜5重量
%である、請求項1に記載の光半導体封止用のエポキシ
樹脂組成物。 - 【請求項3】 エポキシ樹脂(A)と硬化剤(B)と硬化
促進剤(C)を含むエポキシ樹脂組成物において、請求
項1に記載のメルカプト基含有シラン化合物加水分解物
(E)をエポキシ樹脂(A)と予め前反応させてなる反
応物(E´)をも含有することを特徴とする、光半導体
封止用のエポキシ樹脂組成物。 - 【請求項4】炭素数18以上の直鎖状第1級アルコール
のエトキシ化合物(F)をも含有する、請求項1から3
までのいずれかに記載の光半導体封止用のエポキシ樹脂
組成物。 - 【請求項5】半導体素子をエポキシ樹脂組成物で封止し
てなる光半導体装置において、前記エポキシ樹脂として
請求項1から4までのいずれかに記載のエポキシ樹脂組
成物が使用されていることを特徴とする樹脂封止型光半
導体装置。 - 【請求項6】 前記光半導体装置に有するリードフレーム
が、銀メッキリードフレームである請求項5に記載の樹
脂封止型光半導体装置。
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH11209579A JPH11209579A (ja) | 1999-08-03 |
JP3391681B2 true JP3391681B2 (ja) | 2003-03-31 |
Family
ID=11823528
Family Applications (1)
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JP01309298A Expired - Lifetime JP3391681B2 (ja) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | 光半導体封止用のエポキシ樹脂組成物および樹脂封止型光半導体装置 |
Country Status (1)
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WO2011041340A1 (en) * | 2009-09-30 | 2011-04-07 | Dow Global Technologies Inc. | Epoxy resin compositions |
-
1998
- 1998-01-26 JP JP01309298A patent/JP3391681B2/ja not_active Expired - Lifetime
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