JP6307352B2 - 光半導体封止用樹脂組成物および光半導体装置 - Google Patents
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Description
さらに詳しくは、熱処理後の光線透過率が高い値で維持されると共に、例えば、アウター成形用封止材料との密着性に優れる硬化物となり得る、特にインナー成形用の光半導体封止用樹脂組成物および光半導体装置に関する。
o−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂を用いた封止用エポキシ樹脂組成物に代わる、低不純物化した高純度なエポキシを用いることや、熱に強い構造を有するエポキシ樹脂の使用した高機能化された封止用エポキシ樹脂組成物を用いることが検討されている。
さらに、エポキシ樹脂としてトリグリシジルイソシアヌレート、硬化剤として酸無水物を用い、2種類以上の無機充填剤と白色顔料を併用してその合計量を樹脂組成物全体に対して85重量%〜95重量%の範囲とした熱硬化性光反射用樹脂組成物 (特許文献5)、同10体積%〜85体積%の範囲とした熱硬化性光反射用樹脂組成物(特許文献6)が提案されている。
しかしながら、これらの樹脂組成物は、その硬化物について、特に湿熱履歴を受けた場合の光線透過率の劣化についての改善はなされていない。
(1)(A)エポキシ樹脂、(B)トリグリジシルイソシアヌレート、(C)硬化剤および(D)無機充填剤を必須成分とする光半導体封止用樹脂組成物であって、前記(D)無機充填剤が樹脂組成物全量の75〜95質量%含まれるとともに、無機充填剤全量のうちシリカが80〜98質量%、水酸化マグネシウムが2〜20質量%含まれることを特徴とする光半導体封止用樹脂組成物、
(2)前記成分(B)中のグリジシル基1モルに対して前記成分(A)中のエポキシ基が2〜4モルとなる割合で前記成分(A)と前記成分(B)を含む上記(1)に記載の光半導体封止用樹脂組成物、
(3)前記(A)エポキシ樹脂がクレゾールノボラック型エポキシ樹脂である前記(1)または(2)に記載の光半導体封止用樹脂組成物、
(4)前記(C)硬化剤がノボラック樹脂である前記(1)〜(3)のいずれかに記載の光半導体封止用樹脂組成物および
(5)前記(1)〜(4)のいずれかに記載の光半導体封止用樹脂組成物で封止されてなる光半導体装置を提供する。
本発明の封止用樹脂組成物は、(A)エポキシ樹脂、(B)トリグリジシルイソシアヌレート、(C)フェノール樹脂、(D)無機充填剤を必須成分として含有する封止用樹脂組成物であって、(D)無機充填剤が樹脂組成物全量の75〜95質量%含まれるとともに、(D)無機充填剤全量のうちシリカが80〜98質量%、水酸化マグネシウムが2〜20質量%含まれることを特徴とする。
(A)成分のエポキシ樹脂としては、後述する(B)成分以外の化合物であって、1分子当たり2個以上のエポキシ基を有する樹脂であり、半導体素子等の封止用材料として一般に用いられるものであれば特に制限されるものではない。
このような(A)成分のエポキシ樹脂としては、例えばビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールA、ビフェノールFまたはビフェノールS型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、o−クレソールノボラック(OCN)型エポキシ樹脂、ナフタレン骨格を有する多官能のエポキシ樹脂、トリまたはテトラ(ヒドロキシフェニル)アルカンのエポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂等を挙げることができる。
これらの中でも、クレソールノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の効果は、特に充填性、流動性、耐リフロー性の向上の観点からo−クレソールノボラック型エポキシ樹脂〔例えば、住友化学株式会社製の品番「ESCN−90」(エポキシ当量195、軟化点65℃)または「ESCN−195」(エポキシ当量205、軟化点80℃)〕が好ましい。
封止用樹脂組成物全量に対する(A)成分のエポキシ樹脂の含有量は3〜20質量%、好ましくは5〜15質量%である。
ノボラック樹脂としては、例えばフェノールノボラック樹脂、クレソールノボラック樹脂、アラルキル型フェノール樹脂、ナフタレン型フェノール樹脂、シクロペンタジエン型フェノール樹脂、トリフェノールアルカン型フェノール樹脂等を挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、流動注、難燃性の観点から、フェノ一ルノボラック樹脂(例えば、明和化成株式会社製の品番「FH−1」等)やアラルキル型フェノール樹脂(例えば、三井化学株式会社製の品番「XLC−3L」等)が好ましい。さらに、フェノ一ルノボラック樹脂が好ましい。
なお、本発明においては、(D)成分としてシリカおよび水酸化マグネシウムを使用するが、シリカと水酸化マグネシウム以外に前記のような他の無機充填剤を添加しても良い。シリカと水酸化マグネシウム以外の無機充填剤の添加量は無機充填剤全量中、好ましくは18質量%以下である。
(D)成分の無機充填剤は、粒径が過度に大きいと狭部等への充填が困難になるだけでなく、分散性も低下して成形品が不均一になることから、最大粒径が150μm以下であることが好ましく、75μm以下であることがより好ましい。また、(D)成分の無機充填剤は、所望の粘度特性、流動特性とする観点から、平均粒径が1〜40μmであることが好ましい。より好ましくは5〜20μmである。また、その1次粒径についても5〜50μmのものを使用することが、高い流動性を得るのに優れている。
一方、95質量%を超えると溶融粘度(フロー粘度)が高くなり過ぎて、成形性が悪くなる。
また、水酸化マグネシウムを含有させることで、シリカを単独で含有させた封止用樹脂組成物と比べて得られる硬化物の熱処理前後の光線透過率を高くすることができ、アウター材料との密着性に優れた硬化物となり得る。
すなわち、本発明の封止用樹脂組成物においては、硬化物の光線透過性等を損なわない範囲で(A)成分、(B)成分および(C)成分以外の樹脂成分として、アミノ樹脂、ポリアミド樹脂、ウレア樹脂等の他の樹脂を含有してもよい。これら他の樹脂の含有量は、封止用樹脂組成物中の樹脂成分に対して20質量%以下、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下である。
硬化促進剤の具体例としては、1、8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7(DBU)、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルペンジルジメテルアミン、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、アミン化合物、2−ヘプタデシルイミダソール、2−メチルイミダソール、2−エチルイミダソール、2−フェニルイミダソール、2−フェニルー4−メチルイミダソール、4−メチルイミダソール、4−エチルイミダソール、2−フェニルー4−ヒドロキシメチルイミダソール、2−エチルー4−メチルイミダソール、1−シアノエチルー2−メチルイミダソール、2−フェニルー4−メチルー5−ヒドロキシメチルイミダソール、2−フェニルー4、5−ジヒドロキシメチルイミダソール等のイミダソール化合物、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリ(p−メチルフェニル)ホスフィン、トリ(ノニルフェニル)ホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、ジブチルフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、ビス(ジフェニルホスフィノ)メタン、1、2−ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン、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、トリフェニルホスフィントリフェニルボラン等の有機ホスフィン化合物等が挙げられる。これらは1種を隼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。このうちトリフェニルホスフィンのような有機ホスフィン化合物を使用することが好ましい。
硬化促進剤の含有量は、(B)成分の硬化剤100質量部に対して、好ましくは
0.10〜0.50質量部であり、より好ましくは0.15〜0.30質量部である。
本発明の光半導体封止用樹脂組成物を適用できる光半導体素子としては、LED、光通信向けデバイス、車載用デバイス等民生向けも含めて幅広い使用範囲が挙げられる。
これらの光半導体素子を本発明の光半導体封止用樹脂組成物で封止することにより、信頼性の高い光半導体装置を製造することができる。
EMMI−1−66に準じたスパイラルフロー(175℃/120秒):100〜
140cm
島津製高化式フローテスタCFT−500Dを用いたフロー粘度(175℃):5.0〜15.0Pa・s
PCT処理後の吸水率(2.5気圧×24時間):0.5〜1.0%
波長800nmの光の光線透過率(熱処理前):19%以上
波長800nmの光の光線透過率(熱処理後):15%以上
熱処理条件は200℃のオーブンで96時間加熱である。
(1)エポキシ樹脂〔成分(A)〕
OCN型エポキシ樹脂:
住友化学工業株式会杜製のo−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(商品品番「ESCN−190」、エポキシ当量195、軟化点65℃)
Bis−A型エポキシ樹脂:
DIC株式会杜製のBis−A型エポキシ樹脂(商品品番「EPICLON−1055」、エポキシ当量475、軟化点70℃)
(2)トリグリシジルイソシアヌレート〔成分(B)〕;
日産化学工業製のトリグリシジルイソシアヌレート(商品品番「TEPIC-G」エポキシ当量100、軟化点100℃)
フェノールノボラック樹脂:
明和化成株式会社製のフェノールノボラック樹脂(商品品番「FH−1」、軟化点80℃、水酸基当量106)
酸無水物:
新日本理化株式会社製の1,2,3,6-テトラヒドロ無水フタル酸、(商品名「リカシッドTH」)
(4)無機充填剤〔成分(D)〕
シリカ:
電気化学工業株式会社製の溶融球状シリカ(商品品番「FB−105」、平均粒径10μm、最大粒径75μm)
水酸化マグネシウム:
神島化学工業株式会社製の水酸化マグネシウム(商品名「マグシーズEP」、平均粒径2.9μm、最大粒径10μm)
北興化学工業株式会社製のトリフェニルホスフィン(商品品番「TPTP」)
(6)カップリング剤
日本ユニカー株式会社製のエポキシシラン系カップリング剤(商品品番「Y−9669」)
(7)ワックス
日興リカ株式会社製のカルナバワックス(商品名「カルナバ1号」)
(8)その他
信越化学工業株式会社製のシリコーンオイル(商品品番「KF−101」)
EMMI−1−66に準じたスパイラルフロー金型を用い、封止用樹脂組成物を175℃、成形圧力9.8MPaでトランスファー成形したときのスパイラルフロー長さを測定した。
(フロー粘度)
島津製高化式フローテスタCFT−500Dを用い、175℃での封止用樹脂組成物のフロー粘度を測定した。
(PCT処理後の吸水率)
得られた樹脂を用いて成形したものを、JIS−K−6911に準じて25気圧/24時間、PCT(Pressure Cooker Test)処理を実施し、各試料のPCT処理後の質量変化を測定した。
○:吸水率1.0%未満
×:吸水率1.0%以上
得られた封止用樹脂組成物を用いて厚さ1mmの成形品(硬化物)を作製し、紫外可視近赤外分光光度計V−670〔日本分光(株)製〕を用いてその成形品の熱処理前の初期光線透過率(波長800nm)を測定した。成形(硬化)条件は、金型温度175℃で2分間硬化である。
○:光線透過率19%以上
×:光線透過率19%未満
次に、上記成形品を200℃のオーブンで96時間熱処理し、熱処理後の成形品の光線透過率を測定し、初期値からの劣化率〔(初期光線透過率−熱処理後光線透過率)×100/初期光線透過率〕を求めた。
○:劣化率20%未満
×:劣化率20%以上
(密着性)
アウター材との密着性を確認するために、それぞれの実施例、参考例および比較例で製造された封止用樹脂組成物をインナー材とし、その周りを同一アウター材(o-クレゾールノボラック樹脂骨格を有するエポキシ硬化樹脂)を用いて成形しダブルモールド成形品を得た。すなわち、2連のDIP(DIP−14pin)フレームにインナー材を成形し、次にアウター材を成形した後、(PCT)試験とHigh Temperature Storage(HTS)試験を実施した。
○:PCT−500時間、HTS−1500時間
△:PCT−500時間、HTS−1500時間未満
×:PCT−500時間未満、HTS−1500時間未満
Claims (3)
- (A)クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、(B)トリグリシジルイソシアヌレート、(C)フェノールノボラック樹脂硬化剤および(D)無機充填剤を必須成分とする光半導体封止用樹脂組成物であって、前記(D)無機充填剤が樹脂組成物全量の75〜95質量%含まれるとともに、無機充填剤全量のうちシリカが80〜98質量%、水酸化マグネシウムが2〜20質量%含まれることを特徴とする光半導体封止用樹脂組成物。
- 前記成分(B)中のグリシジル基1モルに対して前記成分(A)中のエポキシ基が2〜4モルとなる割合で前記成分(A)と前記成分(B)を含む請求項1に記載の光半導体封止用樹脂組成物。
- 請求項1または2に記載の光半導体封止用樹脂組成物をインナー材として封止してなるダブルモールド型光半導体装置。
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