JP3618133B2

JP3618133B2 - 光半導体装置

Info

Publication number: JP3618133B2
Application number: JP00543095A
Authority: JP
Inventors: 博克神山; 克実嶋田; 伸二郎上西; 忠昭原田; 隆彦丸橋
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1995-01-18
Filing date: 1995-01-18
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2020-02-09
Also published as: JPH08193122A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、成形性および保存性に優れたエポキシ樹脂組成物を用いて製造される信頼性の高い光半導体装置およびこれに用いられる光半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、酸無水物を硬化剤として用いたエポキシ樹脂組成物は、光半導体用封止樹脂組成物として賞用されている。これは、上記酸無水物が、無色透明であり、これをエポキシ樹脂のエポキシ基と略同当量になるように多量に使用すると、エポキシ樹脂の基色である淡黄色さえも消失し無色透明になるからである。
【０００３】
このようなエポキシ樹脂組成物は、上記硬化剤とエポキシ樹脂および必要に応じて硬化促進剤等の各種添加剤とを配合して加熱溶融し、これをミキシングロール等の混練機を用いて混合し、ついで室温で冷却して公知の手段により粉砕するという一連の工程により製造される。また、必要に応じ、この粉砕物を打錠することが行われている。
【０００４】
そして、上記エポキシ樹脂組成物を用い、公知の手段であるトランスファー成形等により光半導体素子を封止して光半導体装置が製造されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、上記光半導体素子の封止は、Ｂステージ状態のエポキシ樹脂組成物を用いて行われる。このＢステージ状態とは、エポキシ樹脂と硬化剤との反応がある程度進行した半硬化の状態をいう（「新エポキシ樹脂，昭晃堂社発行」第７７１頁）。そして、光半導体素子の封止が適切に行われるためには、エポキシ樹脂組成物が特定のＢステージ状態をとり一定の物性値（例えば、ゲル化時間，粘度，スパイラルフロー値）を示すようになる必要がある。このような特定のＢステージ状態のエポキシ樹脂組成物を得るためには、エポキシ樹脂と硬化剤との反応を制御する必要があり、この反応の制御は、通常、エポキシ樹脂と硬化剤との混練時間の調整によって行われている。しかしながら、エポキシ樹脂組成物の適切な混練時間を見極めることは困難であり、混練時間が短くなったり、必要以上に長くなったりしているのが現状である。そして、混練時間が短いと、得られるエポキシ樹脂組成物の粘性や硬化性が低くなり、このようなエポキシ樹脂組成物を用いてトランスファー成形を行うと、得られる光半導体装置において、ボイド，バリ，カル，未硬化の問題が発生する。また、これとは逆に、混練時間が必要以上に長いと、得られるエポキシ樹脂組成物の粘性が高くなり、このようなエポキシ樹脂組成物を用いてトランスファー成形を行うと、ワイヤー流れ等の問題が生じる。また、この粘性が高いエポキシ樹脂組成物は、打錠した後の保存安定性が悪くなり、貯蔵中に流動性の低下等の問題が生じて光半導体素子の封止に支障を来すようになる。このような成形性および保存安定性に劣るエポキシ樹脂組成物を用いて製造された光半導体装置は、その製造効率が低下するとともに、信頼性にも劣るようになる。
【０００６】
この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、成形性および保存安定性に優れたエポキシ樹脂組成物を用いて光半導体素子を封止してなる信頼性に優れた光半導体装置の提供をその目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の光半導体装置は、下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有するエポキシ樹脂組成物を用いて光半導体素子を封止してなるという構成をとる。
（Ａ）下記の（Ｘ）および（Ｙ）を含有する硬化剤。
（Ｘ）環式多価カルボン酸。
（Ｙ）無水フタル酸およびテトラヒドロ無水フタル酸の少なくとも一方。
ただし、上記（Ｘ）と（Ｙ）との重量混合割合は、〔Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）〕×１００＝５〜８０の範囲である。
（Ｂ）エポキシ樹脂。
（Ｃ）硬化促進剤。
【０００８】
【作用】
本発明者らは、上記課題を解決するために、一連の研究を重ねた。その過程で、エポキシ樹脂組成物を特定のＢステージ状態にすることが困難であるのは、エポキシ樹脂と硬化剤とを混合する際に発生する反応熱に起因することを突き止めた。すなわち、この反応熱によって、エポキシ樹脂と硬化剤との反応が急激に進行して硬化がかなり進んだ状態となり、得られるエポキシ樹脂の粘性が必要以上に高くなる。そして、この急激な反応を恐れ、混合時間を短くすると、前述のように、エポキシ樹脂組成物の粘性および硬化性が低下してしまうという問題が生じる。そこで、この反応熱の抑制を目的にさらに研究を重ねた結果、上記特定の硬化剤（Ｘ），（Ｙ）を特定の割合で混合して得られる硬化剤（Ａ）を用いると、エポキシ樹脂組成物調製時の反応熱の発生を抑制することが可能となり、適切なＢステージ状態のエポキシ樹脂組成物を得ることが可能となることを見出しこの発明に到達した。この発明により、製造効率が高く信頼性に優れた光半導体装置の提供が可能となる。
【０００９】
また、この発明において、環式多価カルボン酸とは、シクロヘキサンやベンゼン等のような環状構造と２個以上のカルボキシル基とを備えるものをいう。
【００１０】
つぎに、この発明を詳しく説明する。
【００１１】
この発明の光半導体装置は、硬化剤（Ａ成分），エポキシ樹脂（Ｂ成分），硬化促進剤（Ｃ成分）を含有するエポキシ樹脂組成物を用いて光半導体素子を封止することにより得られる。
【００１２】
上記硬化剤（Ａ成分）は、下記の（Ｘ）および（Ｙ）を含有するものである。
（Ｘ）環式多価カルボン酸。
（Ｙ）無水フタル酸およびテトラヒドロ無水フタル酸の少なくとも一方。
【００１３】
上記（Ｘ）の環式多価カルボン酸としては、芳香族カルボン酸や、エステル結合を有する芳香族カルボン酸があげられる。
【００１４】
上記芳香族カルボン酸としては、下記の一般式（１），一般式（２），一般式（３）で表されるカルボン酸があげられる。
【００１５】
【化１】
【００１６】
【化２】
【００１７】
【化３】
【００１８】
上記芳香族カルボン酸の具体例としては、例えば、フタル酸，トリメリット酸，パイロメリット酸，ヘキサヒドロフタル酸，テトラヒドロフタル酸，メチルナジック酸，ナジック酸があげられる。これらは単独であるいは２種類以上併用される。このなかでも、成形性が良いという理由から、ヘキサヒドロフタル酸，テトラヒドロフタル酸を用いることが好ましく、特に好ましくは、ヘキサヒドロフタル酸である。
【００１９】
そして、上記エステル結合を有する芳香族カルボン酸としては、芳香族カルボン酸のカルボキシル基１当量と多価アルコールの水酸基１当量とをエステル反応させて得られるものがあげられる。これは、例えば、芳香族カルボン酸のカルボキシル基１当量に対し、多価アルコール０．０２〜０．６水酸基当量、好ましくは、０．０５〜０．３水酸基当量を８０〜１００℃で３０分〜１６時間、好ましくは２〜６時間反応させることにより得ることができる。このようなエステル結合を有する芳香族カルボン酸としては、例えば、芳香族ジカルボン酸と２価アルコールとを反応させて得られる下記の一般式（４）で表されるものがあげられる。
【００２０】
【化４】
【００２１】
つぎに、上記（Ｙ）としては、成形性が良いという理由から、無水フタル酸，テトラヒドロ無水フタル酸が用いられ、特に好ましくはテトラヒドロ無水フタル酸である。
【００２２】
そして、この（Ｙ）は、上記環式多価カルボン酸（Ｘ）と併用して用いられる。すなわち、両者（Ｘ）と（Ｙ）とを併用することにより、エポキシ樹脂組成物の調製時に発生する反応熱が効果的に抑制されるからである。この両者（Ｘ）と（Ｙ）との重量混合割合は、〔Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）〕×１００＝５〜８０の範囲である。すなわち、上記混合割合が、５未満であると、得られる封止用樹脂組成物において、成形性や保存性の向上がなくなり、逆に８０を超えて配合すると、流動性の低下を生じるからである。
【００２３】
そして、上記硬化剤（Ａ成分）の配合割合は、一般に、エポキシ樹脂（Ｂ成分）のエポキシ１当量に対してカルボン酸当量が、０．５〜１．５の範囲、好ましくは０．８〜１．２の範囲となるような配合割合である。なお、上記カルボン酸当量とは、カルボン酸当量とカルボン酸無水物当量の合計をいう。
【００２４】
また、上記硬化剤（Ａ成分）において、上記環式多価カルボン酸（Ｘ）および無水フタル酸およびテトラヒドロ無水フタル酸の少なくとも一方（Ｙ）に加え、アミン系硬化剤やフェノール樹脂系硬化剤等のその他の硬化剤を併用することも可能である。上記アミン系硬化剤としては、メタフェニルレジンジアミン，ジメチルジフェニルメタン，ジアミノジフェニルスルホン，ｍ−キシレンジアミン，テトラエチレンペンタミン，プロピルアミン等があげられる。そして、上記フェノール樹脂系硬化剤としては、ノボラックフェノール，クレゾールノボラックフェノール等があげられる。
【００２５】
つぎに、この発明の光半導体封止用エポキシ樹脂組成物の母材となるエポキシ樹脂（Ｂ成分）について説明する。
【００２６】
上記エポキシ樹脂（Ｂ成分）としては、従来から光半導体装置の分野で用いられる着色の少ないものであれば、特に制限するものではない。このようなエポキシ樹脂としては、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，フェノ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，ヒダントインエポキシ，水添加ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂，脂肪族系エポキシ樹脂，グリシジルエーテル型エポキシ樹脂等があげられ、単独であるいは２種類以上併用される。このなかでも、透明性が優れるという理由から、ビスフェノールＡ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が好ましく、特に好ましくは、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂である。
【００２７】
そして、この発明の光半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、硬化促進剤（Ｃ成分）が用いられる。この硬化促進剤（Ｃ成分）としては、特に制限するものではなく、例えば、三級アミン，イミダゾール類，金属石鹸類，有機ホスフィン化合物があげられる。
【００２８】
上記三級アミンとしては、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルアニリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、Ｎ−メチルモルホリン、１，８−ジアザビシクロ（５．４．０）ウンデセン−７があげられる。
【００２９】
上記イミダゾール類としては、例えば、２−メチルイミダゾール，２−エチルイミダゾール，２−メチル−４−メチルイミダゾール，１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール，１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール，１−アジン−２−メチルイミダゾール，２−エチル−４−メチルイミダゾールがあげられる。
【００３０】
上記金属石鹸類としては、例えば、ナフテン酸あるいはオクトエ酸のコバルト塩，パナジウム塩，マンガン塩があげられる。
【００３１】
上記有機ホスフィン化合物としては、例えば、トリフェニルホスフィン，テトラ−ｎ−ブチルフスフォニウムヨーダイド，トリ−ｎ−ブチルオクチルホスフォニウムブロマイドがあげられる。
【００３２】
上記硬化促進剤のなかでも、色相および硬化性が好ましいという理由から、１，８−ジアザビシクロ（５．４．０）ウンデセン−７、２−エチル−４−メチルイミダゾールが好ましく、特に好ましくは２−エチル−４−メチルイミダゾールである。
【００３３】
また、上記硬化促進剤（Ｃ成分）の配合割合は、一般に、エポキシ樹脂（Ｂ成分）１００重量部（以下「部」と略す）に対し、０．２〜５．０部、好ましくは０．４〜３．０部の範囲である。
【００３４】
そして、この発明の光半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｃ成分以外に、必要に応じて着色防止剤，変性剤，劣化防止剤，離型剤等の従来からエポキシ樹脂組成物に用いられてきた各種添加剤を配合することが可能である。
【００３５】
上記着色防止剤としては、フェノール系化合物，アミン系化合物，有機硫黄系化合物，ホスフィン系化合物等があげられる。
【００３６】
上記離型剤としては、モンタン酸，ステアリン酸およびこれらの金属塩、あるいはポリエチレン系のものやカルバナ等があげられる。
【００３７】
つぎに、この発明の光半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、上記原料を用い、つぎのようにして製造される。
【００３８】
すなわち、まず、上記硬化剤（Ａ成分），エポキシ樹脂（Ｂ成分），硬化促進剤（Ｃ成分）と必要に応じて上記各種添加剤を所定の割合で配合する。そして、これらを、ドライブレンド法や溶融ブレンド法等の公知の方法により混練する。この混練の際に、上記特殊な硬化剤（Ａ成分）の作用により、反応熱の発生が抑制され、最適なＢステージ状態のエポキシ樹脂組成物とすることができる。ついで、この混練物を室温まで冷却して粉砕し、さらに必要に応じて打錠することによりエポキシ樹脂組成物を作製することができる。
【００３９】
そして、このようなエポキシ樹脂組成物を用いての光半導体素子の封止は、特に限定するものではなく、トランスファー成形等の一般的なモールド法により行うことができる。この光半導体素子の封止において、エポキシ樹脂組成物が最適の粘性や硬化性を備えているため、支障なく封止作業を行うことができる。また、得られる光半導体装置においても、ボイド，バリ，カル，未硬化，ワイヤー流れ等の問題が発生しなくなる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、この発明の光半導体装置は、光半導体素子の封止において、特殊な硬化剤（Ａ成分）を用いたエポキシ樹脂組成物を用いるものである。すなわち、上記特殊な硬化剤（Ａ成分）の作用によりエポキシ樹脂組成物調製時の反応熱の発生が抑制されるため、得られるエポキシ樹脂組成物が、粘性や硬化性等の成形性に優れるＢステージ状態となる。したがって、この適切なＢステージ状態のエポキシ樹脂組成物を用いて光半導体素子を封止すると、ボイド，バリ，カル，未硬化，ワイヤー流れ等の問題が発生しなくなり、得られる光半導体装置の信頼性が高くなるとともに、その製造効率も向上するようになる。また、このエポキシ樹脂組成物は、保存安定性にも優れ、長期間貯蔵しても、適度な粘性を示し、必要時にいつでも使用できるという利点も有する。
【００４１】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００４２】
まず、実施例および比較例に先立ち、以下に示す、環式多価カルボン酸（Ｘ）である３種類の硬化剤Ｌ，Ｍ，Ｎを準備した。
【００４３】
〔硬化剤Ｌ〕
テトラヒドロフタル酸１７０部およびプロピレングリコール１．２４部を反応容器に仕込み、１００〜１２０℃で１０時間反応させて硬化剤Ｌを調製した。この硬化剤Ｌは、芳香族カルボン酸とエステル結合を有する芳香族カルボン酸との硬化剤である。
【００４４】
〔硬化剤Ｍ〕
プロピレングリコールの使用量を３．７部とした以外は、上記硬化剤Ｌと同様にして硬化剤Ｍを調製した。この硬化剤Ｍは、芳香族カルボン酸とエステル結合を有する芳香族カルボン酸との硬化剤である。
【００４５】
〔硬化剤Ｎ〕
プロピレングリコールの使用量を７．４部とした他は、上記硬化剤Ｌと同様にして硬化剤Ｎを調製した。この硬化剤Ｎは、芳香族カルボン酸とエステル結合を有する芳香族カルボン酸との硬化剤である。
【００４６】
【実施例１〜８，比較例１〜３】
後記の表１および表２に示す配合割合により、同表に示す各種材料を配合し、これをミキシングロールを用いて溶融混練（１２０℃）し、ついで室温で冷却して粉砕することにより、目的とするエポキシ樹脂組成物を得た。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
このようにして得られたエポキシ樹脂組成物について、保存安定性および成形性について調べた。その結果を後記の表３および表４に示す。なお、保存安定性および成形性は、下記に示すようにして調べた。
【００５０】
〔保存安定性〕
保存安定性は、スパイラルフロー（ＳＦ）保持率（％）により評価した。すなわち、２５℃の条件で、ＳＦ試験器を用い、製造直後および１６８時間経過後のエポキシ樹脂組成物のＳＦ値を測定し、ＳＦ保持率（％）を算出した。
【００５１】
〔成形性〕
エポキシ樹脂組成物を用いて光半導体素子を封止し光半導体装置を作製した。この封止時に、ワイヤー流れ発生の有無を確認するとともに、得られた光半導体装置について、ボイド，バリ，カル，未硬化の発生の有無を確認した。そして、上記異常が全くなく成形性に著しく優れたものを◎、上記異常がなく成形性に優れたものを○、ワイヤー流れ等が僅かに確認されたものを△、ワイヤー流れ等が発生して成形性に劣るものを×で表した。
【００５２】
【表３】
【００５３】
【表４】
【００５４】
上記表３および表４から、全実施例品のエポキシ樹脂組成物は、保存安定性に優れていることがわかる。また、全実施例品のエポキシ樹脂組成物は、成形性に優れ、これを用いて光半導体装置を作製しても、ワイヤー流れ等の異常が発生しなかった。そして、得られた光半導体装置は、信頼性に優れていた。これに対し比較例品のエポキシ樹脂組成物は、保存安定および成形性に劣っていた。特に、比較例２品のエポキシ樹脂組成物は、保存安定性が悪く、また光半導体素子の封止時にワイヤー流れの発生が確認された。そして、比較例３品のエポキシ樹脂組成物は、保存安定性が極めて悪く、また、ワイヤー流れ等の異常が発生し、成形性に劣っていた。

Claims

下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有するエポキシ樹脂組成物を用いて光半導体素子を封止してなる光半導体装置。
（Ａ）下記の（Ｘ）および（Ｙ）を含有する硬化剤。
（Ｘ）環式多価カルボン酸。
（Ｙ）無水フタル酸およびテトラヒドロ無水フタル酸の少なくとも一方。
ただし、上記（Ｘ）と（Ｙ）との重量混合割合は、〔Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）〕×１００＝５〜８０の範囲である。
（Ｂ）エポキシ樹脂。
（Ｃ）硬化促進剤。
下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有す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。
（Ａ）下記の（Ｘ）および（Ｙ）を含有する硬化剤。
（Ｘ）環式多価カルボン酸。
（Ｙ）無水フタル酸およびテトラヒドロ無水フタル酸の少なくとも一方。
ただし、上記（Ｘ）と（Ｙ）との重量混合割合は、〔Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）〕×１００＝５〜８０の範囲である。
（Ｂ）エポキシ樹脂。
（Ｃ）硬化促進剤。