JP3899678B2

JP3899678B2 - 光半導体用エポキシ樹脂組成物及び光半導体装置

Info

Publication number: JP3899678B2
Application number: JP14476398A
Authority: JP
Inventors: 浩史山中; 郁雄中筋
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1998-05-26
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2018-05-26
Also published as: JPH11335528A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体用エポキシ樹脂組成物およびこの光半導体用エポキシ樹脂組成物により封止された半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置などの電子部品の封止方法として、エポキシ樹脂組成物による封止が広く行われている。このエポキシ樹脂組成物で封止する方法としては、作業性や量産性の面で優れているため、一般にトランスファ成形が行われている。
【０００３】
電子部品の中でも、ＬＥＤ、フォトトランジスター、フォトダイオード、ＣＣＤ、ＥＰＲＯＭ等の発光素子、受光素子を有する光半導体装置を製造するために使用される光半導体用エポキシ樹脂組成物（以下、封止樹脂と記す。）は、透明性、密着性、耐湿性、電気絶縁性及び耐熱性等に優れていることが要求されている。
【０００４】
また、このトランスファー成形で繰り返し封止成形を実施すると、封止樹脂の硬化物と金型とが密着して離れにくくなる場合があるため、封止樹脂にカルバナワックスやモンタン酸ワックス等の離型剤を含有させることにより、金型と封止樹脂の硬化物の離型性を改善することが要求されている。
【０００５】
また、この光半導体装置に使用される封止樹脂は透明性に優れていることが重要である。そのため、使用される離型剤は、この封止樹脂と相溶する必要があるが、従来より使用されている離型剤では、添加量が少量に限定され、離型性が不十分であるという問題があった。
【０００６】
そのため、トランスファー成形にて封止する場合には、一般に金型からの離型性を確保するために、成形する前にフッ素系やシリコーン系の離型剤を金型に噴きつけたり、塗布したりして離型性を向上させていた。しかしながら、このように離型剤を金型の表面に供給したのち成形する場合、成形の度に金型に離型剤を供給する必要があるため、成形サイクルが長くなり生産性が低いという問題や、金型に供給された離型剤に含有している溶剤の蒸発により環境悪化の恐れがあるという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤及び離型剤を含有する光半導体封止用エポキシ樹脂組成物（封止樹脂）であって、持続的に成形時の金型からの離型性に優れ、透明性及び耐湿信頼性に優れた光半導体用エポキシ樹脂組成物を提供することを目的とする。
【０００８】
また、金型からの離型性に優れ、透明性及び耐湿信頼性に優れ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に記載の光半導体用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤及び離型剤を含有する光半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、離型剤として、下記式（ｂ）で表わされる化合物で、かつ、エトキシ化率が離型剤の成分全体に対し２５〜９０重量％の範囲であることを特徴とするものである。
【化２】

【００１０】
本発明の請求項２に記載の光半導体用エポキシ樹脂組成物は、上記式（ｂ）で表わされる化合物の配合量が光半導体用エポキシ樹脂組成物１００重量部に対して０．１〜５重量部の範囲であることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の光半導体装置は、上記請求項１または請求項２に記載の光半導体用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ことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る封止樹脂は、少なくともエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、及び、離型剤として、下記式（ｂ）で表わされる化合物で、かつ、エトキシ化率が離型剤の成分全体に対し２５〜９０重量％を含有してなる。この式（ｂ）で表わされる化合物を含有していることが重要であり、含有していない場合は、繰り返して封止した場合に金型と樹脂硬化物との離型性が低下したり、得られる樹脂硬化物が白濁して透明性が低下したり、得られる樹脂硬化物の耐湿信頼性が低下しやすくなる。
【化３】

【００１３】
例えば、一般に使用されるモンタン酸ワックスの構造式は下記式（ａ）で表わされる。また、本発明で離型剤として用いる化合物は下記式（ｂ）で表わされる。
【００１４】
【化４】

【００１５】
【化５】

【００１６】
なお、上記式（ｂ）でエトキシ化率が離型剤の成分全体に対し２５重量％未満の場合は、樹脂硬化物の透明性が低下しやすくなり、９０重量％を越える場合は、離型性が低下しやすくなったり、樹脂硬化物の吸湿性が高まるため、耐湿信頼性等が低下する恐れがある。
【００１７】
また、上記式（ｂ）で表わされる化合物の配合量としては、封止樹脂１００重量部に対して、０．１〜５重量部配合していることが好ましい。０．１重量部未満の場合は、金型と樹脂硬化物との離型性を改良する効果が小さく、５重量部を越える場合は、樹脂硬化物の透明性が低下しやすくなったり、半導体素子と封止樹脂との接着強度が低下して耐湿信頼性等が低下する恐れがある。
【００１８】
なお、離型剤としては、上記式（ｂ）で表わされる化合物を用いれば良いものである。
【００１９】
本発明で使用するエポキシ樹脂としては、１分子内にエポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂を含有していれば特に限定するものではなく、本発明のエポキシ樹脂を光半導体装置の封止用に用いるためには比較的着色の少ないものを用いるのが好ましく、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、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノ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、脂環式エポキシ樹脂、線状脂肪族エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレート等が挙げられ、これらを単独で用いても、２種類以上を併用してもよい。
【００２０】
本発明で使用する硬化剤としては、エポキシ樹脂と反応して硬化させるものであれば特に限定するものではなく、例えば無水ヘキサヒドロフタル酸、無水メチル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や、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン等とホルムアルデヒドとを縮合反応させて得られるノボラック型樹脂等が挙げられる。上記硬化剤は、単独で用いても、２種類以上を併用してもよい。なお、エポキシ樹脂と同様、使用する硬化剤としても、比較的着色の少ないものを用いると、樹脂硬化物の透明性が優れ好ましい。なお、アミン系硬化剤をも配合しても良いが、アミン系硬化剤を用いると、一般的に樹脂硬化物の着色が大きくなるため、使用する際には配合量等に注意する必要がある。
【００２１】
硬化剤の配合量としては、エポキシ樹脂に対して当量比で０．５〜５の範囲で一般に配合されるが、０．７〜１．３程度が好ましい。本発明で使用する硬化促進剤としては、エポキシ樹脂と硬化剤との反応を促進させるものであれば特に限定するものではなく、例えば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系化合物、２−メチルイミダゾール、２−エチル−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化合物、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三級アミン系化合物、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィンテトラフェニルボレート等のテトラフェニルボレート系化合物が挙げられる。上記硬化促進剤は、単独で用いても、２種類以上を併用してもよい。なお、使用する硬化促進剤としても、比較的着色の少ないものを用いると、樹脂硬化物の透明性が優れ好ましい。
【００２２】
本発明の封止樹脂には、必要に応じて、無機充填材、変色防止剤、酸化防止剤、難燃剤、着色剤、変性剤、可塑剤及び希釈剤等を含有することもできる。なお、無機充填材としては、例えば結晶シリカ、溶融シリカ、アルミナ等が挙げられる。
【００２３】
本発明の封止樹脂は、上記含有物が均一に混合されていることが好ましい。室温で固体状の封止樹脂を製造する場合には、例えば、ホモミキサー等の高速撹拌装置や、３本ロール等を用いて加熱して混練した後、冷却、粉砕し、必要に応じてタブレット状に打錠するなどの方法で製造する。また、室温で液体状の封止樹脂を製造する場合には、例えば撹拌装置を用いて、必要に応じて加熱しながら混合した後、必要に応じて冷却することにより製造する。
【００２４】
そして、上記で得られた封止樹脂を用いて、室温で固体状の封止樹脂の場合にはトランスファー成形等を行い、室温で液体状の封止樹脂の場合にはキャスティング法やポッティング法等を行い半導体チップを封止すると、金型との離型性が優れると共に、透明性及び耐湿信頼性が優れた光半導体装置（本発明の請求項３に係る光半導体装置）が得られる。なお成形する方法としては、上記封止樹脂を用いること以外は特に限定するものではなく、一般の方法で成形することが可能である。
【００２５】
【実施例】
（実施例１〜８）封止樹脂の原料として、下記のエポキシ樹脂３種類、硬化剤、硬化促進剤及び離型剤３種類を用いた。
・エポキシ樹脂１：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂［油化シェルエポキシ社製、商品名８２７、エポキシ当量１８５］と、
・エポキシ樹脂２：３官能エポキシ樹脂［三井石油化学社製、商品名ＶＧ３１０１Ｈ、エポキシ当量２１０］と、
・エポキシ樹脂３：３官能エポキシ樹脂［日産化学工業社製、商品名ＴＥＰＩＣ、エポキシ当量１０５］と、
・硬化剤：無水ヘキサヒドロフタル酸と、
・硬化促進剤：メチルトリフェニルホスホニウムブロマイドと、
・離型剤１：下記式（ｂ）において、平均分子の係数ｍが２９、ｎが２０である化合物と、
・離型剤２：下記式（ｂ）において、平均分子の係数ｍが２９、ｎが３０である化合物と、
・離型剤３：下記式（ｂ）において、平均分子の係数ｍが２９、ｎが４０である化合物。
【００２６】
【化６】

【００２７】
上記の各原料を表１に示す重量部配合した後、ホモミキサー撹拌装置を用いて、温度１２０℃で５分間混練し、次いで冷却した後、粉砕した。そしてその粉砕物をタブレット状に打錠して封止樹脂を得た。
【００２８】
（比較例１）
離型剤として、モンタン酸ワックス［ヘキスト社製、商品名ワックスＳ］（離型剤４）を用いたこと以外は、実施例２と同様にして封止樹脂を得た。なお、この離型剤４は、モンタン酸ワックスのエトキシ化率が０重量％のワックスとも言える。
【００２９】
（比較例２）
離型剤として、上記式（ｂ）において、平均分子の係数ｍが２９、ｎが２である化合物（離型剤５）を用いたこと以外は、実施例２と同様にして封止樹脂を得た。
【００３０】
（比較例３）
離型剤として、上記式（ｂ）において、平均分子の係数ｍが２９、ｎが２である化合物（離型剤５）を用いたこと以外は、実施例６と同様にして封止樹脂を得た。
【００３１】
（比較例４）
離型剤として、上記式（ｂ）において、平均分子の係数ｍが２９、ｎが２０である化合物（離型剤１）の配合量を２０重量部としたこと以外は、実施例２と同様にして封止樹脂を得た。
【００３２】
【表１】

【００３３】
（評価）
各実施例及び各比較例で得られた封止樹脂を用いて、評価用サンプルを下記の方法で作製し、光透過率、白濁性、離型性、密着性及び耐湿信頼性を下記の方法で測定した。
【００３４】
光透過率は、トランスファー成形機を用いて、注入時間２０秒、注入圧力７．８５ＭＰａ、金型温度１６５℃、キュア時間９０秒の条件で成形して、厚み１ｍｍの評価用サンプルを作製した。そして得られた評価用サンプルを、分光光度計（日立製作所社製、Ｕ−３４００）を用いて、９４０ｎｍの光透過率を測定した。
【００３５】
白濁性は、光透過率と同様にして成形した厚み１〜８ｍｍの評価用サンプルを、白色紙にＢの鉛筆で記入した線の上に置き、８ｍｍの評価用サンプルが見えた場合を○、８ｍｍは見えないが５ｍｍの評価用サンプルが見えた場合を△、５ｍｍの評価用サンプルが見えない場合を×とした。
【００３６】
離型性は、半導体素子（４×５ｍｍ、アルミニウムパターンチップ、窒化珪素膜、５μｍ配線幅）をリードフレーム（４２アロイ合金の一部に銀メッキを施したもの）に搭載して、２５μｍの金線で両者を接続したものを、光透過率と同様の条件で成形して封止して、１６ＤＰＩ型の評価用サンプルを作製した。そして、この成形を繰り返し、スムーズに脱型する連続成形数を求め、離型性の値とした。なお、１００回繰り返しても、スムーズに脱型する場合は、○とした。
【００３７】
耐湿信頼性は、離型性の評価用に成形した評価用サンプルを２０個抜き取り、１２５℃で１２時間アフターキュアーした後、６０℃９５％の恒温恒湿槽に投入した。そして、２５０時間毎に取り出してオープン・ショ−トを評価し、累積不良が１０％を越える処理時間を求め、耐湿信頼性の値とした。なお、１０００時間処理しても１０％に達しない場合は、○とした。
【００３８】
（結果）
結果は表１に示したように、各実施例は各比較例と比べて白濁性が優れており、本発明に係る封止樹脂を用いると、透明性が優れた樹脂硬化物が得られることが確認された。また、各実施例は各比較例と比べて離型性及び耐湿信頼性が同等又は優れており、繰り返して封止する場合であっても、金型と樹脂硬化物との離型性が優れると共に、耐湿信頼性が優れた樹脂硬化物が得られることが確認された。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の請求項１及び請求項２に係る光半導体用エポキシ樹脂組成物は、離型剤としてエトキシ化率が離型剤の成分全体に対し２５〜９０重量％の下記式（ｂ）で表わされる化合物を配合しているため、繰り返して封止する場合であっても金型と樹脂硬化物との離型性が優れると共に、透明性及び耐湿信頼性が優れた樹脂硬化物が得られる。
【化７】

【００４０】
また、本発明の請求項３に係る光半導体装置は、本発明の請求項１又は請求項２記載の光半導体用エポキシ樹脂組成物を用いているため、金型との離型性が優れると共に、透明性及び耐湿信頼性が優れた光半導体装置となる。

Claims

エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤及び離型剤を含有する光半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、離型剤として、下記式（ｂ）で表わされる化合物で、かつ、エトキシ化率が離型剤の成分全体に対し２５〜９０重量％の範囲であ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。
上記式（ｂ）で表わされる化合物の配合量が光半導体用エポキシ樹脂組成物１００重量部に対して０．１〜５重量部の範囲であることを特徴とする上記請求項１記載の光半導体用エポキシ樹脂組成物。
上記請求項１または請求項２に記載の光半導体用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。