JP4489611B2

JP4489611B2 - 光学的電子装置

Info

Publication number: JP4489611B2
Application number: JP2005026287A
Authority: JP
Inventors: 元丈安藤; 智佐渡
Original assignee: Kyocera Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2025-02-02
Also published as: JP2006216670A

Description

本発明は、パッケージダイシング後に樹脂組成物成形品のダイシング面から低応力成分等の脱落がなく、かつ、パッケージ反り、耐ＴＣＴクラック性に優れた半導体パッケージを用いた光学的電子装置に関する。

近年、電子機器は小型化、高性能化、高集積化が進み、半導体チップのサイズは大きく、そして、その配線は微細化してきている。このような半導体チップをエポキシ樹脂で封止する場合、半導体パッケージ、特に片面封止のＢＧＡでは、パッケージ反りを低減したり、またチップにかかる応力を低減したりするために、封止に用いる樹脂組成物中にゴム粒子等の低応力添加剤を添加して成形品の弾性率を低下させていた（例えば、特許文献１参照。）。

ところが、近年開発が進んでいる光学センサを有する光学的電子装置では、これまで光学センサと半導体パッケージとを基板の異なる面に配置してきたが、より電子機器の薄型化を図るために、基板の同一面に配置するようになってきた。そのため、これまでの封止用樹脂組成物でパッケージされた半導体パッケージでは、そのダイシング面から低応力添加剤が脱落し、光学センサに付着することでセンサ機能へ悪影響を及ばすことが指摘されるようになってきた。

このため、低弾性かつ低成形収縮率を保持しながら、パッケージダイシング面からの低応力添加剤の脱落等による悪影響を受けず、光学センサの機能を安定して確保することができる光学的電子装置の開発が強く要望されており、その方法として、表面処理を施した低応力添加剤を使用し弾性率を抑えた樹脂組成物を用いる方法が取られていた。
特開２００４−１８８０３号公報

しかしながら、低応力添加剤に表面処理を施したものであっても、低応力添加剤と樹脂組成物との密着性が十分ではなかったため低応力添加剤の脱落を十分に低減することができなかった。

そこで、本発明は、求められる特性を維持しながら、低応力添加剤の脱落という欠点を解消するためになされたもので、かつ、成形性パッケージ反り及び耐ＴＣＴクラック性に優れた封止用樹脂組成物を用いて封止した半導体パッケージを有する光学的電子装置を提供しようとするものである。

本発明者らは、上記の目的を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、樹脂組成物に、ゴム変性エポキシ樹脂を添加することによって、十分な低弾性、低成形収縮率を付与することができ、低応力添加剤の脱落を防止するという上記目的も同時に達成されることを見いだし、本発明を完成させたものである。

すなわち、本発明の光学的電子装置は基板の同一面に光学センサと半導体パッケージとが近接して実装された光学的電子装置であって、半導体パッケージを封止した樹脂組成物が、ゴム変性エポキシ樹脂を必須成分とすることを特徴とするものである。

本発明の光学的電子装置は、ゴム変性エポキシ樹脂を用いたことにより、十分な成形性を保ちながら、低弾性率であり、パッケージ反りが小さく、かつ耐ＴＣＴクラック性にも優れたものであって、さらにダイシング面からの低応力成分の脱落が生じないものである。したがって、従来のように、近接して実装された光学センサ上に低応力成分が脱落することがなく、光学センサの機能を安定して保つことができるものである。

以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の光学的電子装置の構成を概略的に示した側面図である。

本発明の光学的電子装置１は、基板２の同一面に光学センサ３と半導体パッケージ４とが隣接して実装された光学的電子装置であって、半導体パッケージ４で用いられている封止用樹脂組成物が、低応力添加剤として、ゴム変性エポキシ樹脂を必須成分とするものである。なお、この光学的電子装置の使用時には、光学センサ３の上部にはレンズ５が配置される。

本発明に用いられる基板２としては、セラミック基板、ガラス基板等の半導体パッケージの実装に通常用いられる基板であれば、特に限定されずに用いることができる。

また、光学センサ３は、光電変換を可能とする金属、酸化物及び半導体を備えたＭＯＳ構造を有する固体撮像素子であって、光を受けるエリアの中にマトリックス状に配置した多数の光センサー素子からなっており、図１のようにレンズ５から入射した光を感知することができるようになっている。

ここで、従来の粒状の低応力添加剤を用いた場合には、隣接する半導体パッケージ４から光学センサ３上に低応力添加剤が落下してしまう可能性があり、そうなるとセンサ上に光を感知しない部分（ドット）ができてしまい、そこは常に光を感知することができなくなる。そのため、センサとしての機能が阻害され、このようなセンサを有する光学的電子装置は製品不良とされてしまう。

そこで、本発明に用いる半導体パッケージ４は、半導体チップを封止用樹脂組成物によりパッケージしたものであって、この樹脂組成物はゴム変性エポキシ樹脂を必須成分とするものである。このように配合した樹脂組成物は、ゴム変性エポキシ樹脂を樹脂組成物中に均一に混合させることができ、かつ、これまでの低応力添加剤のように粒状で存在していないため、半導体封止後のダイシング工程及びダイシング後において切断面からゴム変性エポキシ樹脂等の脱落がない。また、このとき、樹脂組成物は、その硬化物の曲げ弾性率が２２±３℃において１９ＧＰａ以下であることが好ましく、１０〜１６ＧＰａであることが特に好ましい。また、この樹脂組成物の成形時の成形収縮率は０．１２％以下であることが好ましく、０．０３〜０．０９％であることが特に好ましい。

また、この樹脂組成物の配合成分については、エポキシ樹脂を主成分とする樹脂であることが好ましく、その場合、樹脂組成物の構成が、（Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）ゴム変性エポキシ樹脂と、（Ｃ）フェノール樹脂と、（Ｄ）無機充填剤とを含有するものであることが特に好ましい。以下、この配合としたときの各成分について詳細に説明する。

ここで、（Ａ）エポキシ樹脂としては、その分子中にエポキシ基を少なくとも２個有する化合物であれば、分子構造、分子量等に制限はなく、一般に封止用材料として使用されるものを広く包含することができる。

このようなエポキシ樹脂としては、例えば、ビフェニル型、ビスフェノール型の芳香族系、シクロヘキサン誘導体等の脂肪族系、また、次の一般式で示されるエポキシ樹脂

（但し、式中、Ｒ^１、Ｒ^２は水素原子又は炭素数１〜８のアルキル基を、ｎは１以上の整数をそれぞれ表す。）等が挙げられ、これらは、単独又は２種類以上混合して用いることができる。

ここで、（Ｂ）フェノール樹脂としては、前記（Ａ）のエポキシ樹脂と反応し得るフェノール性水酸基を２個以上有するものであれば、特に制限されるものではなく、エポキシ樹脂の硬化剤として公知のものを挙げることができる。

このフェノール樹脂の具体的なものとしては、例えば、次の化学式で表されるフェノール樹脂

（但し、式中、ｍは０又は１以上の整数を表す。）、

（但し、Ｒ^３〜Ｒ^７は水素又は炭素数１〜８のアルキル基を、ｌは０又は１以上の整数を表す。）等が挙げられ、これらは単独又は２種以上混合して用いることができる。

このフェノール樹脂の配合割合は、前述したエポキシ樹脂のエポキシ基数（ａ）とフェノール樹脂のフェノール性水酸基数（ｂ）との比（ａ）／（ｂ）の値が０．１〜１０の範囲内であることが望ましい。基数の比が０．１未満又は１０を超えると、耐湿性、耐熱性、成形作業性及び硬化物の電気特性が悪くなり、いずれの場合も好ましくない。

また、（Ｃ）ゴム変性エポキシ樹脂としては、樹脂組成物中に一様に混合することができる液状のものであればよく、常温で液状のゴム変性エポキシ樹脂であることが好ましい。このゴム変性エポキシ樹脂としては、ポリブタジエン変性エポキシ樹脂等のポリオレフィン変性エポキシ樹脂であることが特に好ましい。

この（Ｃ）ゴム変性エポキシ樹脂は、樹脂組成物中に１〜１０質量％の割合で含有していることが好ましく、この割合が１質量％未満では、低弾性化の効果が十分に得られなくなり、また、１０質量％を超えると成形時の硬化性が悪くなり実用に適さなくなってしまう。

ここで、（Ｄ）無機充填剤としては、シリカ粉末、アルミナ粉末、タルク、炭酸カルシウム、酸化チタン、ガラス繊維等が挙げられ、これらは、単独又は２種類以上混合して用いることができる。なかでもシリカ粉末やアルミナ粉末であることが好ましく、これらは半導体の封止樹脂によく使用される。

無機充填剤の配合割合が、樹脂組成物中に、８０質量％〜９０質量％であることが好ましく、８０質量％未満となると成形収縮率が大きくなってしまい、また、９０質量％を超えるとかさばりが大きくなり成形性に劣り、いずれの場合も樹脂組成物は実用に通さなくなってしまう。

これら各成分は、それぞれ樹脂組成物中に、（Ａ）エポキシ樹脂が２〜１２質量％、（Ｂ）フェノール樹脂が０．５〜６質量％、（Ｃ）ゴム変性エポキシ樹脂が１〜１０質量％、（Ｄ）無機充填剤が８０〜９０質量％の割合で配合することが好ましい。

また、この封止用樹脂組成物は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ゴム変性エポキシ樹脂及び無機充填剤を主成分とするが、本発明の目的に反しない限度において、また必要に応じて、例えば、天然ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂肪族の金属塩、酸アミド類、エステル類、パラフィン系等の離型剤、エラストマー等の低応力化成分、カーボンブラック等の着色剤、シランカップリング剤等の無機充填剤の処理剤、種々の硬化促進剤等を適宜、添加配合することができる。

この封止用樹脂組成物を成形材料として調製する場合の一般的な方法としては、上記した成分を配合し、ミキサー等によって十分均一に混合した後、さらに熱ロールによる溶融混合処理、ニーダ等による混合処理を行い、次いで冷却固化させ、適当な大きさに粉砕して成形材料とすることができる。こうして得られた成形材料は、半導体封止をはじめとする電子部品又は電気部品の封止、被覆、絶縁等に適用すれば、優れた特性と信頼性を付与させることができる。

本発明に用いる半導体パッケージは、上記の封止用樹脂組成物を封止の際に加熱して硬化させて半導体チップを封止することで容易に製造することができる。加熱による硬化は、１５０℃以上に加熱して硬化させることが望ましい。

封止の最も一般的な方法としては、低圧トランスファー成形法があるが、射出成形、圧縮成形及び注型等による封止も可能である。封止を行う半導体としては、樹脂封止を行うことができるものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスク、ダイオード等が挙げられる。

本発明の光学的電子装置は、上記のように得られた半導体パッケージを、ＣＣＤ等の光学センサに近接するように基板上に実装することで容易に得ることができる。

次に、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

（実施例１）
ビフェニル型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９２）１１．２質量％に、ノボラック型臭素化エポキシ樹脂（エポキシ当量２７０）１質量％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０７）６．５質量％、ポリブタジエン変性エポキシ樹脂（日本石油化学株式会社製、商品名：Ｅ−７００−３．５）１質量％、溶融シリカ粉末７９質量％、三酸化アンチモン１質量％及びカルナバワックス０．３質量％を配合し常温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練してこれを冷却粉砕して成形材料を作成した。

この成形材料を１７５℃に加熱した金型内にトランスファー注入し、硬化させて成形品（封止品）とし、これをセラミック基板上のＣＣＤチップと同一面に隣接して配置、固定し光学的電子装置を製造した。

（実施例２〜８、比較例１）
表１及び表２の配合に従い、それぞれ実施例１と同様の操作により成形材料を作成し、光学的電子装置を製造した。

（試験例）
実施例及び比較例で得られた樹脂組成物を用いた成形品について、低応力成分の脱落、成形収縮率、常温弾性率、パッケージ反り、連続生産性の試験を行った。その結果を表３及び４に示す。

＊１：成形品のダイシング面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察し、低応力成分の脱落の有無を判定した。

＊２：１７５℃×９０秒のトランスファー成形によって試験片をつくり、１７５℃で４時間後硬化させた後、ＪＩＳＫ６９１１に従い測定した。

＊３：３５ｍｍ角のＢＴ基板上に１７５℃×９０秒のトランスファー成形によってＢＧＡの成形品をつくり、１７５℃において４時間後硬化させた後、成形面の凹凸を反りとして測定した。

＊４：１７５℃×９０秒のトランスファー成形によって試験片をつくり、１７５℃で４時間硬化させた後、ＪＩＳＫ６９１１５．１５に従い弾性率を測定した。

＊５：成形条件１７５℃×９０秒のトランスファー成形によって、ＤＩＰ−１４を成形し、−６５℃⇔１５０℃のＴＣＴ試験を行い不良発生までのサイクル数をカウントした。

＊６：成形条件１７５℃×９０秒のトランスファー成形によって、ＤＩＰ−１４を連続成形し、パッケージの外観不良発生までのショット数をカウントした。

本発明の半導体パッケージの構成を概略的に示した側面図である。

符号の説明

１…光学的電子装置、２…基板、３…光学センサ、４…半導体パッケージ、５…レンズ

Claims

基板の同一面に光学センサと樹脂封止型半導体パッケージとが近接して実装された光学的電子装置であって、
前記半導体パッケージを封止した樹脂組成物が、ゴム変性エポキシ樹脂を含有することを特徴とする光学的電子装置。
前記樹脂組成物は、その硬化物の２２±３℃における曲げ弾性率が１９ＧＰａ以下であり、かつ成形収縮率が０．１２％以下であることを特徴とする請求項１記載の光学的電子装置。
前記樹脂組成物が、（Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）フェノール樹脂と、（Ｃ）ゴム変性エポキシ樹脂と、（Ｄ）無機充填剤とを含有することを特徴とする請求項１又は２記載の光学的電子装置。
前記樹脂組成物は、前記（Ａ）エポキシ樹脂が２〜１２質量％、前記（Ｂ）フェノール樹脂が０．５〜６質量％、前記（Ｃ）ゴム変性エポキシ樹脂が１〜１０質量％、前記（Ｄ）無機充填剤が８０〜９０質量％の割合で含有してなることを特徴とする請求項３記載の光学的電子装置。