JP3598963B2 - 光半導体装置用樹脂組成物 - Google Patents
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Description
【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用いて形成される光半導体装置を製造する際に用いられる光半導体装置用樹脂組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、図1に示すような光半導体装置が提案されている。この光半導体装置は中空パッケージタイプのものであって、基材1に凹部2を形成すると共に凹部2に光半導体素子3を取り付けて収納し、基材1の片面に開口した凹部2の開口を覆うようにしてカバー4を設けることによって形成されるものである。5はシール材であって、基材1とカバー4を接着すると共に凹部2を密閉するものである。また、カバー4はガラス板やレンズなどの透光性のある部材で形成されるものであって、カバー4を通して外部の光を光半導体素子3で受光したり、カバー4を通して光半導体素子3で発した光を外部に放射したりすることができるものである。
【0003】
このような光半導体装置において、基材1はエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物で形成するようにしている。エポキシ樹脂は優れた接着性や低吸湿性の特徴を有するものであり、この特徴を利用して、エポキシ樹脂で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。
【0004】
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、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。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来から用いられている樹脂組成物は金属やセラミックに比べて透湿性が高く、図1に示すような中空パッケージタイプの基材1を形成した場合は、基材1を通じて凹部2に湿気が侵入し、カバー4の内面に結露や曇りが発生し易いという問題があった。
【0006】
また、基材1の透湿性を低下させるために基材1の吸湿性を向上させると、吸湿によって基材1自体が伸長して寸法変化が大きくなり、その結果、カバー4が外れやすくなるという問題があった。
【0007】
そこで、吸湿性が大きくて透湿性が低いにもかかわらず、吸湿による寸法変化が小さい樹脂組成物で基材1を形成することが望まれていた。
【0008】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、吸湿性が大きくて透湿性が低く、しかも吸湿による寸法変化が小さい光半導体装置用樹脂組成物及びこれを用いた光半導体装置を提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る光半導体装置用樹脂組成物は、基材1に凹部2を形成すると共に凹部2に光半導体素子3を収納し、凹部2の開口を覆うようにカバー4を設けた光半導体装置の上記基材1を形成するための光半導体装置用樹脂組成物であって、エポキシ当量が170以下のエポキシ樹脂と、水酸基当量が130以下の硬化剤とを含有して成ることを特徴とするものである。
【0010】
また、本発明の請求項2に係る光半導体装置用樹脂組成物は、請求項1の構成に加えて、85℃/85%RHの雰囲気中にて72時間吸湿させたときの吸湿率が0.2wt%以上であることを特徴とするものである。
【0011】
また、本発明の請求項3に係る光半導体装置用樹脂組成物は、請求項1又は2の構成に加えて、下記(1)の構造を有するエポキシ樹脂を用いて成ることを特徴とするものである。
【0012】
【化5】
【0013】
また、本発明の請求項4に係る光半導体装置用樹脂組成物は、請求項1乃至3のいずれかの構成に加えて、下記(2)の構造を有するエポキシ樹脂を用いて成ることを特徴とするものである。
【0014】
【化6】
【0015】
また、本発明の請求項5に係る光半導体装置用樹脂組成物は、請求項1乃至4のいずれかの構成に加えて、下記(3)の構造を有するエポキシ樹脂を用いて成ることを特徴とするものである。
【0016】
【化7】
【0017】
また、本発明の請求項6に係る光半導体装置用樹脂組成物は、請求項1乃至5のいずれかの構成に加えて、硬化剤として下記(4)の構造を有するフェノール樹脂を用いて成ることを特徴とするものである。
【0018】
【化8】
【0019】
また、本発明の請求項7に係る光半導体装置用樹脂組成物は、請求項1乃至6のいずれかの構成に加えて、無機充填材を65〜93重量%含有して成ることを特徴とするものである。
【0020】
また、本発明の請求項8に係る光半導体装置用樹脂組成物は、請求項1乃至7のいずれかの構成に加えて、ガラス転移点以下における線膨張係数が20ppm以下であることを特徴とするものである。
【0021】
また、本発明の請求項9に係る光半導体装置用樹脂組成物は、請求項1乃至8のいずれかの構成に加えて、熱伝導率が0.8W/m・K以上であることを特徴とするものである。
【0022】
また、本発明の請求項10に係る光半導体装置用樹脂組成物は、請求項1乃至9のいずれかの構成に加えて、硬化促進剤としてイミダゾール類を含有して成ることを特徴とするものである。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【0025】
エポキシ樹脂はエポキシ当量が170以下のものであって、上記(1)(2)(3)の構造を有するもの及びo−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ブロム化エポキシ樹脂、ビフェニル型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。尚、エポキシ樹脂はその全部がエポキシ当量170以下のものであることが好ましいが、例えば、難燃剤としてエポキシ当量が170より大きいエポキシ樹脂を用いてもよい。この場合、本発明の効果を高く得るために、エポキシ当量が170より大きいエポキシ樹脂の配合量はエポキシ樹脂全量に対して50重量%以下、好ましくは10重量%以下にする。
【0026】
上記(1)(2)の構造のエポキシ樹脂を用いた場合は、本発明の光半導体装置用樹脂組成物及びその硬化物の吸湿率を大きくし、且つ線膨張率を小さくすることができるものである。
【0027】
上記(3)の構造のエポキシ樹脂を用いた場合は、本発明の光半導体装置用樹脂組成物及びその硬化物の線膨張率を小さくすることができるものである。
【0028】
硬化剤としては水酸基当量が130以下のものであって、上記(4)の構造を有するもの及び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、例えば、フェノールノボラック樹脂、フェノールザイロック樹脂、ナフトール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。
【0029】
上記(4)の構造のフェノール樹脂を用いた場合は、本発明の光半導体装置用樹脂組成物及びその硬化物の吸湿率を大きくし、且つ線膨張率を小さくすることができるものである。
【0030】
本発明ではエポキシ樹脂と硬化剤の他に、無機充填材と硬化促進剤を用いることができる。無機充填材としては溶融シリカ、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装置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。また、硬化促進剤としては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フォスフィン、有機リン化合物、DBU(1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン)、DBN(1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン)などのアミン系硬化促進剤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。
【0031】
上記の他に、必要に応じてワックス、カップリング剤、難燃剤、シリコーン可撓剤などを用いても良い。
【0032】
そして、本発明の光半導体装置用樹脂組成物を調製するにあたっては、上記のエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、硬化促進剤及びその他の材料を配合し、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ようにする。また、上記の混練後に必要に応じて冷却固化し、粉砕して粉状にしても良い。
【0033】
エポキシ樹脂に対する硬化剤の配合割合は、エポキシ樹脂の全量/硬化剤の全量=0.5〜1.5(当量比)、好ましくは0.8〜1.3に設定する。この配合割合が0.5よりも小さいと、硬化剤の配合量が多すぎて経済的に不利となる恐れがあり、また上記の配合割合が1.5を超えると、硬化剤の配合量が少なすぎて硬化不足になる恐れがある。また、無機充填材は本発明の光半導体装置用樹脂組成物の全体量に対して65〜93wt%、好ましくは70〜85wt%、さらに好ましくは75〜85wt%配合するのが好ましい。無機充填材の配合量が光半導体装置用樹脂組成物の全体量に対して65wt%未満であれば、光半導体装置用樹脂組成物及びその硬化物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装置用樹脂組成物の全体量に対して93wt%を超えると、光半導体装置用樹脂組成物及びその硬化物の吸湿率が低くなって透湿性が大きくなる恐れがある。
【0034】
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重量%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重量%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重量%を超えると、成形性に不具合を生じる恐れがあり、また、硬化促進剤の配合量が多くなって経済的に不利となる恐れがある。
【0035】
一方、本発明の光半導体装置は図1に示すように、基材1に凹部2を形成すると共に凹部2にCCD等の光半導体素子3を取り付けて収納し、基材1の片面に開口した凹部2の開口を覆うようにしてガラスやレンズ等で形成されるカバー4を配置し、基材1とカバー4とをシール材5で接着することによって形成されている。そして、本発明の光半導体装置用樹脂組成物は基材1を形成するための成形材料として用いるものであり、例えば、トランスファー成形などで凹部2を有する基材1に成形することができる。また、基材1を成形する際にリードフレーム10を同時にインサート成形し、凹部2に収納された光半導体素子3とリードフレーム10とをワイヤー11で電気的に接続して光半導体装置を形成することができるものである。
【0036】
そして、本発明の光半導体装置用樹脂組成物及びその硬化物(基材1)は、エポキシ当量が170以下のエポキシ樹脂と、水酸基当量が130以下の硬化剤とを含有するので、吸湿率が大きくて透湿性が低いにもかかわらず、吸湿による寸法変化が小さいものであり、従って、基材1が吸湿することによって基材1を通じて凹部2に湿気が侵入することが無くなって、カバー4の内面に結露や曇りが発生し難くなるものであり、また、吸湿による基材1の寸法変化が小さくなってカバー4が基材1から外れ難くなるものである。
【0037】
本発明の光半導体装置用樹脂組成物及びその硬化物(基材1)は、上記のような光半導体装置における効果をより効果的に発揮するために、85℃/85%RHの雰囲気中にて72時間吸湿させたときの吸湿率が0.2wt%以上であることが好ましい。この吸湿率が0.2wt%未満であれば、上記の光半導体装置において、基材1を通じて凹部2に湿気が侵入しやすくなってカバー4の内面に結露や曇りが発生しやすくなる恐れがある。尚、85℃/85%RHの雰囲気中にて72時間吸湿させたときの吸湿率の上限は特に設定されないが、0.6wt%以下であるのが好ましい。
【0038】
また、本発明の光半導体装置用樹脂組成物及びその硬化物(基材1)は、ガラス転移点以下における線膨張係数が20ppm以下であることが好ましい。この線膨張率が20ppmより大きくなると、カバーとの膨張差によりカバーがはずれる恐れがある。尚、ガラス転移点以下における線膨張係数の下限は特に設定されないが、3ppm以上であるのが好ましい。
【0039】
また、本発明の光半導体装置用樹脂組成物及びその硬化物(基材1)は、熱伝導率が0.8W/m・K以上であることが好ましい。この熱伝導率が0.8W/m・K未満であると、半導体素子(チップ)3の発熱を十分に放熱できず、機能不良になる恐れがある。尚、熱伝導率の上限は特に設定されないが、5.0W/m・K以下であるのが好ましい。
【0040】
【実施例】
以下本発明を実施例によって具体的に説明する。
【0041】
(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(温度110℃、時間5分)して光半導体装置用樹脂組成物を調製した。尚、表1に示す各材料としては以下のものを用いた。
【0042】
式(1)に示すエポキシ樹脂としては、日本化薬(株)製の「EPPN501H」(エポキシ当量eq=164でn=0〜10の混合物)を用いた。
【0043】
式(2)に示すエポキシ樹脂としては、大日本インキ(株)製の「EXA4700」(エポキシ当量eq=163)を用いた。
【0044】
式(3)に示すエポキシ樹脂としては、大日本インキ(株)製の「HP4032D」(エポキシ当量eq=150)を用いた。
【0045】
o−クレゾールノボラックエポキシ樹脂としては、住友化学(株)製の「ESCN−XL」(エポキシ当量eq=195)を用いた。
【0046】
フェノールノボラック樹脂としては、群栄化学(株)製の「PSM」(水酸基当量eq=105)を用いた。
【0047】
式(4)に示すフェノール樹脂としては、明和化成(株)製の「MEH7500」(水酸基当量eq=97)を用いた。
【0048】
フェノールザイロック樹脂としては、住金ケミカル(株)製の「HE100C」(水酸基当量eq=169)を用いた。
【0049】
無機充填材としては、溶融シリカと結晶シリカの混合物であって、表面をγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランで処理したものを用いた。
【0050】
ブロム化エポキシ樹脂(難燃剤)としては、住友化学(株)製の「ESB400」(エポキシ当量eq=400)を用いた。
【0051】
上記の実施例1〜10及び比較例1〜3について、以下の試験を行った。
【0052】
(吸湿率の測定)
実施例1〜10及び比較例1〜3を用いて、直径φ50mmで3mm厚の円板を成形し、85℃/85%RHの雰囲気中にて72時間吸湿させ、吸湿前後での重量変化率を求め、これを吸湿率とした。
【0053】
(寸法変化率)
実施例1〜10及び比較例1〜3を用いて、直径φ50mmで3mm厚の円板を成形し、85℃/85%RHの雰囲気中にて500時間吸湿させ、吸湿前後での寸法変化率(伸び量)を求めた。
【0054】
(線膨張係数及びガラス転移温度)
実施例1〜10及び比較例1〜3について、ディラトメーター(横形TMA)を用いて、線膨張係数及びガラス転移温度を求めた。
【0055】
線膨張係数はガラス転移温度以下の温度での傾きより求めた。
【0056】
ガラス転移温度はα1、α2の接線の交点の温度とした。
【0057】
(熱伝導率)
実施例1〜10及び比較例1〜3を用いて、直径φ100mmで25mm厚の円板を成形し、迅速熱伝導計(昭和電工社製)を用いて測定した。
【0058】
結果を表1に示す。
【0059】
【表1】
【0060】
表1から明らかなように、実施例1〜10の光半導体装置用樹脂組成物の硬化物は比較例1〜3のものに比べて、吸湿率が大きくて寸法変化率が小さくなった。従って、実施例1〜10の光半導体装置用樹脂組成物の硬化物は吸湿性が大きいことにより透湿性が低いものであり、また、吸湿による寸法変化が小さいものであると言える。
【0061】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項1の発明は、エポキシ当量が170以下のエポキシ樹脂と、水酸基当量が130以下の硬化剤とを含有するので、吸湿性が大きくて透湿性が低く、しかも吸湿による寸法変化を小さくすることができるものである。従って、凹部に光半導体素子を収納した基材と凹部の開口を覆うカバーとを有する光半導体装置において、基材を形成するための樹脂組成物として用いることによって、基材で吸湿させて基材を通じて凹部に湿気が侵入するのを防止することができ、カバーの内面に結露や曇りが発生し難くなるものであり、また、吸湿による基材の寸法変化を小さくすることができ、カバーが基材から外れにくくなるものである。
【0062】
また、本発明の請求項2に係る発明は、85℃/85%RHの雰囲気中にて72時間吸湿させたときの吸湿率が0.2wt%以上であるので、吸湿性を大きくすることができるものであり、従って、凹部に光半導体素子を収納した基材と凹部の開口を覆うカバーとを有する光半導体装置において、基材を形成するための樹脂組成物として用いることによって、基材で吸湿させて基材を通じて凹部に湿気が侵入するのを防止することができ、カバーの内面に結露や曇りが発生し難くなるものである。
【0063】
また、本発明の請求項3に係る発明は、上記(1)の構造を有するエポキシ樹脂を用いるので、吸湿率を大きくし、且つ線膨張率を小さくすることができるものである。
【0064】
また、本発明の請求項4に係る発明は、上記(2)の構造を有するエポキシ樹脂を用いるので、吸湿率を大きくし、且つ線膨張率を小さくすることができるものである。
【0065】
また、本発明の請求項5に係る発明は、上記(3)の構造を有するエポキシ樹脂を用いるので、線膨張率を小さくすることができるものである。
【0066】
また、本発明の請求項6に係る発明は、硬化剤として上記(4)の構造を有するフェノール樹脂を用いるので、吸湿率を大きくし、且つ線膨張率を小さくすることができるものである。
【0067】
また、本発明の請求項7に係る発明は、無機充填材を65〜93重量%含有するので、吸湿率が大幅に増加することなくて寸法変化率が大きくなるのを防止することができるものであり、また、吸湿率が低くなって透湿性が大きくなるのを防止することができるものである。
【0068】
また、本発明の請求項8に係る発明は、ガラス転移点以下における線膨張係数が20ppm以下であるので、凹部に光半導体素子を収納した基材と凹部の開口を覆うカバーとを有する光半導体装置において、基材を形成するための樹脂組成物として用いることによって、基材とカバーの膨張差を小さくすることができ、カバーが基材から外れにくくなるものである。
【0069】
また、本発明の請求項9に係る発明は、熱伝導率が0.8W/m・K以上であるので、凹部に光半導体素子を収納した基材と凹部の開口を覆うカバーとを有する光半導体装置において、基材を形成するための樹脂組成物として用いることによって、半導体素子の発熱を十分に放熱できることができ、機能不良を減少させることができるものである。
【0070】
また、本発明の請求項10に係る光半導体装置用樹脂組成物は、請求項1乃至9のいずれかの構成に加えて、硬化促進剤としてイミダゾール類を含有するので、吸湿率を大きくすることができるものである。
【0071】
また、本発明を用いて、基材に凹部を形成すると共に凹部に光半導体素子を収納し、凹部の開口を覆うようにカバーを設けた光半導体装置の上記基材を形成するので、基材に吸湿させて基材を通じて凹部に湿気が侵入するのを防止することができ、カバーの内面に結露や曇りが発生し難くなるものであり、また、吸湿による基材の寸法変化を小さくすることができ、カバーが基材から外れにくくなるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光半導体装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 基材
2 凹部
3 光半導体素子
4 カバー
5 シール材
Claims (10)
- 基材に凹部を形成すると共に凹部に光半導体素子を収納し、凹部の開口を覆うようにカバーを設けた光半導体装置の上記基材を形成するための光半導体装置用樹脂組成物であって、エポキシ当量が170以下のエポキシ樹脂と、水酸基当量が130以下の硬化剤とを含有して成ることを特徴とする光半導体装置用樹脂組成物。
- 85℃/85%RHの雰囲気中にて72時間吸湿させたときの吸湿率が0.2wt%以上であることを特徴とする請求項1に記載の光半導体装置用樹脂組成物。
- 無機充填材を65〜93重量%含有して成ることを特徴とする請求項
1乃至6のいずれかに記載の光半導体装置用樹脂組成物。 - ガラス転移点以下における線膨張係数が20ppm以下であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の光半導体装置用樹脂組成物。
- 熱伝導率が0.8W/m・K以上であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の光半導体装置用樹脂組成物。
- 硬化促進剤としてイミダゾール類を含有して成ることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の光半導体装置用樹脂組成物。
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