JP4421228B2

JP4421228B2 - 光半導体封止用樹脂組成物および光半導体装置

Info

Publication number: JP4421228B2
Application number: JP2003191335A
Authority: JP
Inventors: 佐江子鈴木; 理松田
Original assignee: Kyocera Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 2003-07-03
Filing date: 2003-07-03
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2023-07-03
Also published as: JP2005023230A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトカプラ等の光半導体装置の封止材料として使用される樹脂組成物およびこれを用いた光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
代表的な光半導体装置として知られるフォトカプラは、一般に、発光ダイオード等の発光素子とフォトトランジスタ等の受光素子とを組合わせ、これらを封止樹脂材料で封止した構造を有する。このフォトカプラは、入力した電気を発光素子によって光に変え、その光を受光素子で受けて電気として取り出すことにより、入力と出力とを電気的に分離した状態で入力信号を出力側に伝達するものである。
【０００３】
このようなフォトカプラにおいては、発光側からの光を効率良く受光側に伝達すること、つまり、高い電流変換効率（ＣＴＲ：Current Transfer Ratio）を有することが重要である。このため、上記封止樹脂材料には、光反射率を高めた白色の封止樹脂材料が使用されており、特に、充填剤として白色の酸化チタンを配合したエポキシ樹脂ベースの組成物が、光反射率が高いうえ、成形性や耐湿信頼性にも優れることから汎用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかしながら、近年、フォトカプラに対する高ＣＴＲ化の要求がますます高まってきており、それに伴い封止樹脂材料においてもさらなる光反射率の向上が求められてきている。
【０００５】
そこで、封止樹脂材料の光反射率を高めるべく、配合する酸化チタンの種類を特定したり、添加量を増大させるなど、様々な試み、検討がなされている。しかしながら、例えば、酸化チタンの添加量を増大させると、光反射率は高まるものの、成形性、耐湿信頼性、電気特性等の他の要求特性が低下する。また、ルチル型酸化チタンは、アナタース型の酸化チタンに比べ高光反射率が得られるものの上記要求に十分応えるものではない。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１６９５５７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、近年、フォトカプラの高ＣＴＲ化に対する要求が高まってきており、それに伴い、従来に比べ光反射率のより高い封止樹脂材料が求められてきている。しかしながら、光反射率を高めると成形性等の他の要求特性が低下するなどの問題があり、未だこのような要求に十分に応え得る封止樹脂材料は得られていない。
【０００８】
本発明はこのような従来技術の課題を解決するためになされたもので、成形性、耐湿信頼性、電気特性等が良好で、かつ、従来に比べ高い光反射率を有する光半導体封止用樹脂組成物、およびそれを用いた高効率で、かつ、高信頼性の光半導体装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の目的を達成するため鋭意研究を重ねた結果、酸化チタンに特定の粒度分布を有するシリカ粉末を併用した場合に、成形性や耐湿信頼性等の他の要求特性を低下させることなく光反射性を向上させることができることを見出し、本発明を完成したものである。
【００１０】
すなわち、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）平均粒径が３〜１０μｍ、最大粒径が１５０μｍ以下であって、粒径３μｍ以下の粒子を１５〜４０重量％含むシリカ粉末および（Ｄ）酸化チタンを含有し、前記（Ｄ）成分の含有量が組成物全体の５〜５０重量％であることを特徴としている。
【００１１】
本発明において、（Ｃ）成分および（Ｄ）成分の合計量が全体の６０〜８５重量％であってもよい。また、（Ｄ）成分の平均粒径が０．３〜０．４μｍであってもよい。
【００１２】
本発明の光半導体装置は、上記の光半導体封止用樹脂組成物の硬化物によって光半導体素子が封止されてなることを特徴としている。
光半導体素子としては、1対の発光素子と受光素子からなるものが例示される。
【００１３】
本発明においては、酸化チタンと、平均粒径が1〜10μｍで、粒径3μｍ以下の粒子を15重量％以上含むシリカ粉末とを併用したことにより、成形性や耐湿信頼性、電気特性等の他の要求特性を低下させることなく、光反射性を向上させることができる。したがって、本発明の樹脂組成物は、成形性、耐湿信頼性、電気特性等が良好で、かつ、従来に比べ高い光反射率を有するものとなり、また、これを用いた本発明の光半導体装置は、従来に比べ電流変換効率が高いうえ、信頼性に優れたものとなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
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）平均粒径が1〜10μｍで、粒径3μｍ以下の粒子を15重量％以上含むシリカ粉末および（Ｄ）酸化チタンを含有するものである。
【００１６】
（Ａ）成分のエポキシ樹脂としては、１分子中に2個以上のエポキシ基を有するものであれば、分子構造、分子量等に制限されることなく一般に使用されているものを広く用いることができる。具体的には、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾ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、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、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、スチルベン型エポキシ樹脂、縮合環芳香族炭化水素変性エポキシ樹脂、脂環型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。本発明においては、なかでも下記一般式［Ｉ］で示されるクレゾールノボラック型エポキシ樹脂の使用が好ましい。
【化１】

（但し、式中、nは0または1以上の整数を表す）
【００１７】
（Ｂ）成分のフェノール樹脂硬化剤としては、（Ａ）成分のエポキシ樹脂のエポキシ基と反応し得るフェノール性水酸基を分子中に2個以上有するものであれば、特に制限されることなく使用される。具体的には、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、パラキシレン変性フェノール樹脂、フェノール類とベンズアルデヒド、ナフチルアルデヒド等との縮合物、トリフェノールメタン化合物、多官能型フェノール樹脂等が挙げられる。これらは、1種を単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。本発明においては、なかでも下記一般式［II］で示されるフェノールノボラック樹脂、下記一般式［III］で示されるフェノールアラルキル樹脂の使用が好ましい。
【化２】

（但し、式中、nは0または1以上の整数を表す）
【化３】

（但し、式中、nは0または1以上の整数を表す）
【００１８】
この（Ｂ）成分のフェノール樹脂硬化剤の配合量は、（Ａ）成分のエポキシ樹脂が有するエポキシ基（ａ）と（Ｂ）成分のフェノール樹脂硬化剤が有するフェノール性水酸基（ｂ）との比（ａ）／（ｂ）（当量比）が0.1〜10となる範囲が好ましく、0.5〜2となる範囲であるとより好ましい。当量比が0.1未満もしくは10を超えると、耐熱性、成形性、硬化物の電気特性等が低下する。
【００１９】
（Ｃ）成分のシリカ粉末は、結晶シリカ、溶融シリカのいずれであってもよく、形状も球状、破砕状のいずれであってもよい。また、樹脂成分との密着強度を高める目的で、表面に凹凸が施されたり、シランカップリング剤等の表面処理剤によって表面処理が施されていてもよい。このシリカ粉末は、全体として、平均粒径が1〜10μｍ、最大粒径が150μｍ以下であって、粒径3μｍ以下の粒子を15重量％以上含んでいればよく、したがって、粒径乃至粒度分布の異なるものを混合して用いてもよい。最大粒径が150μｍを超えると、成形性が低下する。また、平均粒径が1μｍに満たないと流動性が低下し、逆に平均粒径が10μを超えると光反射率が低下し、例えばフォトカプラに適用した場合にその電流変換効率を十分に改善することができない。さらに、粒径3μｍ以下の粒子の含有量が15重量％未満でも、同様に、光反射率が低下し、フォトカプラの電流変換効率を十分に改善することができない。平均粒径の好ましい範囲は3〜10μｍの範囲である。
【００２０】
この（Ｃ）成分のシリカ粉末の配合量は、次述する（Ｄ）成分の酸化チタンとの合計量が組成物全体の60〜85重量％の範囲になるような量であることが好ましく、70〜80重量％の範囲になる量であるとより好ましい。（Ｃ）成分と（Ｄ）成分との合計量が組成物全体の60重量％に満たないと、耐湿信頼性や耐電圧特性等が低下し、逆に85重量％を超えると、樹脂流動性や機械的強度が低下し、成形性が不良となって実用が困難になる。
【００２１】
（Ｄ）成分の酸化チタンは、アナタース型、ルチル型のいずれであってもよい。また、表面処理が施されていてもよく、その種類は特に限定されるものではない。この（Ｄ）成分の酸化チタンは、最大粒径が5μｍ以下で、平均粒径が0.05〜1μｍであることが好ましく、平均粒径が0.3〜0.4μｍであると、光反射率をいっそう高めることができるため、より好ましい。なお、この酸化チタンも、粒径乃至粒度分布の異なるものの混合物であってもよい。
【００２２】
この（Ｄ）成分の酸化チタンは、全組成物中に5〜50重量％配合する必要があるが、10〜30重量％配合するとより好ましい。配合量が組成物全体の5重量％に満たないと、十分な光反射率が得られず、逆に50重量％を超えると成形性が極端に低下する。
【００２３】
本発明においては、本発明の効果を阻害しない範囲で、上記（Ｃ）成分および（Ｄ）成分以外の無機充填剤を併用することができる。このような無機充填剤としては、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、窒化ケイ素等が挙げられる。
【００２４】
さらに、本発明の封止用樹脂組成物には、この種の組成物に一般に配合される、硬化促進剤；シランカップリング剤；臭素化エポキシ樹脂に代表される臭素系難燃剤、縮合リン酸エステルに代表されるリン系難燃剤、無機系難燃剤等の難燃剤；三酸化アンチモン等の難燃助剤；合成ワックス、天然ワックス、エステル類、直鎖脂肪族等の離型剤；シリコーンゴム、シリコーンオイル等の低応力付与剤；２，6−ジブチル−４−メチルフェノール等の酸化防止剤等を、本発明の効果を阻害しない範囲で、必要に応じて配合することができる。
【００２５】
硬化促進剤としては、１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］ウンデセン−７（ＤＢＵ）、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール等の3級アミン類、２−ヘプタデシルイミダゾール、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール等のイミダゾール類、トリブチルホスフィン、ジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、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ロン塩等が挙げられる。これらは単独または2種以上混合して使用することができる。本発明においては、高い白色度を確保するため、２−ヘプタデシルイミダゾールの使用が特に好ましい。
【００２６】
また、シランカップリング剤としては、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−（メタクリロプロピル）トリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルファン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、イミダゾールシラン等が挙げられる。これらは単独または2種以上混合して使用することができる。
【００２７】
本発明の封止用樹脂組成物を調製するにあたっては、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）シリカ粉末、（Ｄ）酸化チタンおよび前述した必要に応じて配合される各種成分をミキサー等によって十分に混合（ドライブレンド）した後、熱ロールやニーダ等により溶融混練し、冷却後適当な大きさに粉砕するようにすればよい。
【００２８】
本発明の光半導体装置は、上記の封止用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製造することができる。封止を行う光半導体素子としては、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトコンダクタ、フォトサイリスタ発光ダイオード等が例示される。また、封止方法としては、低圧トランスファー法が一般的であるが、射出成形、圧縮成形、注型等による封止も可能である。封止用樹脂組成物で封止後は、加熱して硬化させ、最終的にその硬化物によって封止された光半導体装置が得られる。後硬化させる際の加熱温度は、150℃以上とすることが好ましい。
【００２９】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない
実施例１〜６、比較例１〜４
表１に示した成分を、表２に示した組成比でミキサーにより十分にドライブレンドした後、加熱ローラにより90〜110℃で加熱混練し、冷却後、粉砕して封止用樹脂組成物を製造した。
【００３０】
上記各実施例および各比較例で得られた封止用樹脂組成物について、下記に示す方法で各種物性を測定した。
【００３１】
［スパイラルフロー］
EMMI-I-66に順じて175℃、120秒の条件で測定した。
【００３２】
［ゲルタイム］
175℃の熱板上におけるゲル化時間を測定した。
【００３３】
［粘度］
島津高化式フローテスターＣＦＴ−５００型（島津製作所製）により、175℃、荷重10kgにおける溶融粘度を測定した。
【００３４】
［光反射率］
封止用樹脂組成物を175℃、70kg/cm²、180秒の条件でトランスファー成形して20mm×20mm×0.5mmのテストピースを作製し、分光光度計により900nmの光反射率を測定した。
【００３５】
［電流変換効率（ＣＴＲ）］
封止用樹脂組成物を用いて175℃、120秒間のトランスファー成形および180℃、2時間の後硬化によりフォトカプラ（発光素子：ＧａＡｓ発光ダイオード波長940nm、受光素子：Ｓｉフォトトランジスタ）を作製し、発光側に5mA、1.2Vの電流を流し、受光側の電流と発光側の電流との比から電流変換効率を求めた。
これらの結果を表２に併せ示す。
【００３６】
【表１】

【００３７】
【表２】

【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、成形性、耐湿信頼性、電気特性等が良好で、かつ、従来に比べ光反射性の向上した光半導体封止用樹脂組成物、およびそれを用いた高効率、高信頼性の光半導体装置を得ることができる。

Claims

（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）平均粒径が３〜１０μｍ、最大粒径が１５０μｍ以下であって、粒径３μｍ以下の粒子を１５〜４０重量％含むシリカ粉末および（Ｄ）酸化チタンを含有し、前記（Ｄ）成分の含有量が組成物全体の５〜５０重量％であることを特徴とする光半導体封止用樹脂組成物。
（Ｃ）成分および（Ｄ）成分の合計量が全体の６０〜８５重量％であることを特徴とする請求項１記載の光半導体封止用樹脂組成物。
（Ｄ）成分の平均粒径が０．３〜０．４μｍであることを特徴とする請求項１または２記載の光半導体封止用樹脂組成物。
請求項１乃至３のいずれか１項記載の光半導体封止用樹脂組成物の硬化物によって光半導体素子が封止されてなることを特徴とする光半導体装置。
光半導体素子が１対の発光素子と受光素子からなることを特徴とする請求項４記載の光半導体装置。