JP6401041B2 - 硬化性エポキシ樹脂組成物 - Google Patents
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Description
また、本発明の他の目的は、高い耐熱性、耐光性、及び耐熱衝撃性を有し、特に、光半導体装置の耐吸湿リフロー性を向上させることが可能な硬化物を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、高湿条件下で保管された後にリフロー工程で加熱処理した場合の光度低下等の劣化が抑制された、耐久性及び品質の高い光半導体装置を提供することにある。
で表される化合物である硬化促進剤(D)とを含み、前記エポキシ化合物(A)として、脂環式エポキシ化合物(A1)及びビスフェノールA型エポキシ樹脂(A2)を含み、エポキシ化合物(A)100重量%に対する前記脂環式エポキシ化合物(A1)の割合が10〜40重量%、前記ビスフェノールA型エポキシ樹脂(A2)の割合が60〜90重量%であることを特徴とする硬化性エポキシ樹脂組成物を提供する。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物は、エポキシ化合物(A)と、酸無水物硬化剤(B)(「硬化剤(B)」と称する場合がある)と、チオール基を有するシランカップリング剤(C)(「シランカップリング剤(C)」と称する場合がある)と、後述の式(1)で表される化合物(第4級アンモニウム有機カルボン酸塩)である硬化促進剤(D)(「硬化促進剤(D)」と称する場合がある)とを必須成分として含む組成物(硬化性組成物)である。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物におけるエポキシ化合物(A)は、分子内に1個以上のエポキシ基(オキシラン環)を有する化合物であり、公知乃至慣用のエポキシ化合物から任意に選択して用いることができる。エポキシ化合物(A)としては、例えば、芳香族エポキシ化合物(芳香族エポキシ樹脂)、脂肪族エポキシ化合物(脂肪族エポキシ樹脂)、脂環式エポキシ化合物(脂環式エポキシ樹脂)(「脂環式エポキシ化合物(A1)」と称する場合がある)、複素環式エポキシ化合物(複素環式エポキシ樹脂)、分子内にエポキシ基を1個以上有するシロキサン誘導体等が挙げられる。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物の必須成分のひとつである硬化剤(B)は、酸無水物硬化剤であり、エポキシ化合物と反応することにより硬化性エポキシ樹脂組成物を硬化させる働きを有する化合物である。さらに、硬化剤として酸無水物硬化剤(B)を用いることにより、着色が抑制され、色相に優れた硬化物が得られる傾向がある。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物の必須成分のひとつであるシランカップリング剤(C)は、分子内にチオール基を有するシランカップリング剤であり、主に、硬化性エポキシ樹脂組成物を硬化させて得られる硬化物の基板等の被接着体に対する接着性を向上させる働きを有する。
(ORB)3-k(RC)kSiRASH
で表される化合物が好ましい。上記式中、RAは炭素数1〜12の2価の有機基(好ましくは炭素数1〜12の直鎖又は分岐鎖状のアルキレン基、より好ましくは炭素数1〜3の直鎖状のアルキレン基)を示し、RBは水素原子又は置換基を有していてもよい炭素数1〜12の炭化水素基(好ましくは炭素数1〜3の炭化水素基、より好ましくはメチル基、エチル基)を示し、RCは水素原子又は置換基を有していてもよい炭素数1〜12の炭化水素基(好ましくは炭素数1〜3の炭化水素基、より好ましくはメチル基、エチル基)を示し、kは0〜3の整数(好ましくは0)を示す。RB及びRCにおける置換基としては、例えば、1価の脂肪族炭化水素基(例えば、アルキル基、アルケニル基等);1価の芳香族炭化水素基(例えば、アリール基等);1価の複素環式基;脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、及び芳香族炭化水素基の2以上が結合して形成された1価の有機基等が挙げられる。なお、1価の有機基は置換基(例えば、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子等の置換基)を有していてもよい。なお、RC又はORBが複数存在する場合、それぞれのRC又はORBは、それぞれ、同一であってもよいし異なっていてもよい。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物の必須成分のひとつである硬化促進剤(D)は、下記式(1)で表される化合物(第4級アンモニウム有機カルボン酸塩)であり、エポキシ化合物(A)等のエポキシ基を有する化合物が硬化剤(B)により硬化する際に、硬化速度を促進する機能を有する化合物である。さらに、硬化促進剤として下記式(1)で表される化合物を使用することにより、硬化性エポキシ樹脂組成物を硬化させて得られた硬化物の耐熱衝撃性及び耐吸湿リフロー性を向上させることができる。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物は、上記以外にも、本発明の効果を損なわない範囲内で各種添加剤を含有していてもよい。上記添加剤として、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等の水酸基を有する化合物を含有させると、反応を緩やかに進行させることができる。その他にも、粘度や透明性を損なわない範囲内で、シリコーン系やフッ素系消泡剤、レベリング剤、界面活性剤、シリカ、アルミナ等の無機充填剤、難燃剤、着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、イオン吸着体、顔料、蛍光体(例えば、YAG系の蛍光体微粒子、シリケート系蛍光体微粒子等の無機蛍光体微粒子等)、離型剤、ゴム粒子(例えば、コアシェル構造を有するゴム粒子等)等の慣用の添加剤を使用することができる。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物を硬化させることにより、高い透明性、耐熱性、及び耐光性を有し、耐熱衝撃性に優れた硬化物(本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物を硬化させて得られる硬化物を「本発明の硬化物」と称する場合がある)を得ることができる。硬化の手段としては、加熱処理や光照射処理等の公知乃至慣用の手段を利用できる。加熱により硬化させる際の温度(硬化温度)は、特に限定されないが、45〜200℃が好ましく、より好ましくは50〜190℃、さらに好ましくは55〜180℃である。また、硬化の際に加熱する時間(硬化時間)は、特に限定されないが、30〜600分が好ましく、より好ましくは45〜540分、さらに好ましくは60〜480分である。硬化温度と硬化時間が上記範囲の下限値より低い場合は硬化が不十分となり、逆に上記範囲の上限値より高い場合は樹脂成分の分解が起きる場合があるので、いずれも好ましくない。硬化条件は種々の条件に依存するが、例えば、硬化温度を高くした場合は硬化時間を短く、硬化温度を低くした場合は硬化時間を長くする等により、適宜調整することができる。また、硬化は、一段階で行うこともできるし、二段階以上の多段階で行うこともできる。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物は、光半導体装置における光半導体素子を封止するための樹脂組成物、即ち、光半導体封止用樹脂組成物(光半導体装置における光半導体素子の封止剤)として好ましく使用できる。本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物を光半導体封止用樹脂組成物として用いることにより、高い透明性、耐熱性、耐光性を有し、耐熱衝撃性に優れた硬化物により光半導体素子が封止された光半導体装置が得られる。上記光半導体装置は、熱衝撃や高温の熱が加えられた場合でも光度低下が生じにくく、耐久性が高い。
本発明の光半導体装置は、本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物(光半導体封止用樹脂組成物)の硬化物により光半導体素子が封止された光半導体装置である。光半導体素子の封止は、例えば、上述の方法で調製した硬化性エポキシ樹脂組成物を所定の成形型内に注入し、所定の条件で加熱硬化して行うことができる。これにより、硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物により光半導体素子が封止された光半導体装置が得られる。硬化温度と硬化時間は、硬化物の調製時と同様の範囲で適宜設定することができる。
硬化剤(商品名「リカシッドMH−700」、新日本理化(株)製)100重量部、硬化促進剤としてテトラメチルアンモニウムヘキサン酸塩0.5重量部、及びエチレングリコール(和光純薬工業(株)製)1重量部を、自公転式撹拌装置(商品名「あわとり練太郎 AR−250」、(株)シンキー製、以下同じ)を用いて混合し、エポキシ硬化剤(K剤)を製造した。
硬化剤(商品名「リカシッドMH−700」、新日本理化(株)製)100重量部、硬化促進剤としてテトラメチルアンモニウムオクチル酸塩0.5重量部、及びエチレングリコール(和光純薬工業(株)製)1重量部を、自公転式撹拌装置(商品名「あわとり練太郎 AR−250」、(株)シンキー製、以下同じ)を用いて混合し、エポキシ硬化剤(K剤)を製造した。
硬化剤(商品名「リカシッドMH−700」、新日本理化(株)製)100重量部、硬化促進剤としてテトラブチルアンモニウムヘキサン酸塩0.5重量部、及びエチレングリコール(和光純薬工業(株)製)1重量部を、自公転式撹拌装置(商品名「あわとり練太郎 AR−250」、(株)シンキー製、以下同じ)を用いて混合し、エポキシ硬化剤(K剤)を製造した。
硬化剤(商品名「リカシッドMH−700」、新日本理化(株)製)100重量部、硬化促進剤としてテトラブチルアンモニウムオクチル酸塩0.5重量部、及びエチレングリコール(和光純薬工業(株)製)1重量部を、自公転式撹拌装置(商品名「あわとり練太郎 AR−250」、(株)シンキー製、以下同じ)を用いて混合し、エポキシ硬化剤(K剤)を製造した。
硬化剤(商品名「リカシッドMH−700」、新日本理化(株)製)100重量部、硬化促進剤としてトリオクチルメチルアンモニウムオクチル酸塩0.5重量部、及びエチレングリコール(和光純薬工業(株)製)1重量部を、自公転式撹拌装置(商品名「あわとり練太郎 AR−250」、(株)シンキー製、以下同じ)を用いて混合し、エポキシ硬化剤(K剤)を製造した。
硬化剤(商品名「リカシッドMH−700」、新日本理化(株)製)100重量部、硬化促進剤として商品名「U−CAT 18X」(サンアプロ(株)製)、0.5重量部、及びエチレングリコール(和光純薬工業(株)製)1重量部を、自公転式撹拌装置(商品名「あわとり練太郎 AR−250」、(株)シンキー製、以下同じ)を用いて混合し、エポキシ硬化剤(K剤)を製造した。
まず、表1に示す配合割合(単位:重量部)で、商品名「セロキサイド2021P」((株)ダイセル製)、及び商品名「YD−128」(新日鐡住金化学(株)製)、シランカップリング剤(商品名「Z−6062」、東レ・ダウコーニング(株)製)を、自公転式撹拌装置(商品名「あわとり練太郎AR−250」、(株)シンキー製)を使用して均一に混合し、脱泡して、エポキシ樹脂を作製した。
次に、表1に示す配合割合(単位:重量部)となるように、上記で得たエポキシ樹脂と、製造例1で得たエポキシ硬化剤を自公転式撹拌装置(商品名「あわとり練太郎AR−250」、(株)シンキー製)を使用して均一に混合し、脱泡して、硬化性エポキシ樹脂組成物を得た。
さらに、上記で得た硬化性エポキシ樹脂組成物を図1に示す光半導体のリードフレーム(InGaN素子、3.5mm×2.8mm)に注型した後、120℃のオーブン(樹脂硬化オーブン)で5時間加熱することで、上記硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物により光半導体素子が封止された光半導体装置を得た。なお、図1において、100はリフレクター(光反射用樹脂組成物)、101は金属配線、102は光半導体素子、103はボンディングワイヤ、104は硬化物(封止材)を示す。
製造例1で得たエポキシ硬化剤を製造例2で得たエポキシ硬化剤に変更したこと以外は実施例1と同様にして、硬化性エポキシ樹脂組成物を調製した。また、実施例1と同様にして光半導体装置を作製した。
製造例1で得たエポキシ硬化剤を製造例3で得たエポキシ硬化剤に変更したこと以外は実施例1と同様にして、硬化性エポキシ樹脂組成物を調製した。また、実施例1と同様にして光半導体装置を作製した。
製造例1で得たエポキシ硬化剤を製造例4で得たエポキシ硬化剤に変更したこと以外は実施例1と同様にして、硬化性エポキシ樹脂組成物を調製した。また、実施例1と同様にして光半導体装置を作製した。
製造例1で得たエポキシ硬化剤を製造例5で得たエポキシ硬化剤に変更したこと以外は実施例1と同様にして、硬化性エポキシ樹脂組成物を調製した。また、実施例1と同様にして光半導体装置を作製した。
エポキシ樹脂の組成を表1に示す組成に変更したこと、及び、製造例1で得たエポキシ硬化剤を製造例6で得たエポキシ硬化剤に変更したこと以外は実施例1と同様にして、硬化性エポキシ樹脂組成物を調製した。また、実施例1と同様にして光半導体装置を作製した。
シランカップリング剤を用いなかったこと以外は実施例1と同様にして、硬化性エポキシ樹脂組成物を調製した。また、実施例1と同様にして光半導体装置を作製した。
シランカップリング剤を用いなかったこと以外は比較例3と同様にして、硬化性エポキシ樹脂組成物を調製した。また、実施例1と同様にして光半導体装置を作製した。
実施例及び比較例で得られた光半導体装置について、下記の評価試験を実施した。
実施例及び比較例で得られた硬化性エポキシ樹脂組成物を型に充填し、120℃のオーブン(樹脂硬化オーブン)で5時間加熱することで、厚みが3mmの硬化物を得た。得られた硬化物の波長450nmの光の光線透過率(厚み方向)を、分光光度計(商品名「UV−2400」、(株)島津製作所製)を用いて測定した(「光線透過率」とする)。結果を表1の「光線透過率」の欄に示す。
実施例及び比較例で得られた光半導体装置(各硬化性エポキシ樹脂組成物につき2個ずつ用いた)に対し、−40℃の雰囲気下に30分曝露し、続いて、100℃の雰囲気下に30分曝露することを1サイクルとした熱衝撃を、熱衝撃試験機を用いて200サイクル分与えた。その後、光半導体装置における硬化物に生じたクラックの長さを、デジタルマイクロスコープ(商品名「VHX−900」、(株)キーエンス製)を使用して観察し、光半導体装置2個のうち、硬化物に長さが90μm以上のクラックが発生した光半導体装置の個数を計測した。結果を表1の「熱衝撃試験[クラック数]」の欄に示す。
実施例及び比較例で得られた光半導体装置(各硬化性エポキシ樹脂組成物につき2個ずつ用いた)を、30℃、60%RHの条件下で192時間静置して吸湿処理した。次いで、上記光半導体装置をリフロー炉に入れ、下記加熱条件にて加熱処理した。その後、上記光半導体装置を室温環境下に取り出して放冷した後、再度リフロー炉に入れて同条件で加熱処理した。即ち、当該はんだ耐熱性試験においては、光半導体装置に対して下記加熱条件による熱履歴を二度与えた。
〔加熱条件(光半導体装置の表面温度基準)〕
(1)予備加熱:150〜190℃で60〜120秒
(2)予備加熱後の本加熱:217℃以上で60〜150秒、最高温度260℃
但し、予備加熱から本加熱に移行する際の昇温速度は最大で3℃/秒に制御した。
図2には、リフロー炉による加熱の際の光半導体装置の表面温度プロファイル(二度の加熱処理のうち一方の加熱処理における温度プロファイル)の一例を示す。
その後、デジタルマイクロスコープ(商品名「VHX−900」、(株)キーエンス製)を使用して光半導体装置を観察し、電極剥離(電極表面からの硬化物の剥離)が発生したか否かを評価した。光半導体装置2個のうち、電極剥離が発生した光半導体装置の個数を表1の「はんだ耐熱性試験[電極剥離数]」の欄に示した。
実施例及び比較例で得られた硬化性エポキシ樹脂組成物を使用したダイシェア試験を、以下の手順で実施した。
AgメッキしたCu基板上に、接着面積が1.25mm×1.25mmとなるように硬化性エポキシ樹脂組成物を塗布しSiチップを載せた。次に、これを150℃で2時間加熱し、硬化性エポキシ樹脂組成物を硬化させて、テストサンプルを作製した。このテストサンプルについて、ダイシェアテスター(商品名「DAGE 4000」、(株)アークテック製)を用いて、300μm/秒の速度で、25℃でのダイシェア強度を評価した。結果を表1の「ダイシェア試験[N]」の欄に示す。
各試験の結果、下記(1)〜(3)をいずれも満たすものを○(良好)と判定した。一方、下記(1)〜(3)のいずれかを満たさない場合には×(不良)と判定した。
(1)熱衝撃試験:硬化物に長さが90μm以上のクラックが発生した光半導体装置の個数が0個
(2)はんだ耐熱性試験:電極剥離が発生した光半導体装置の個数が0個
(3)ダイシェア試験:ダイシェア強度が40Nを超える値
結果を表1の「総合判定」の欄に示す。
YD−128:商品名「YD−128」[ビスフェノールA型エポキシ樹脂]、新日鐵化学(株)製
セロキサイド2021P:商品名「セロキサイド2021P」[3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(3,4−エポキシ)シクロヘキサンカルボキシレート]、(株)ダイセル製
Z−6062:商品名「Z−6062」[3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン]、東レ・ダウコーニング(株)製
MH−700:商品名「リカシッド MH−700」[4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸/ヘキサヒドロ無水フタル酸=70/30]、新日本理化(株)製
エチレングリコール:和光純薬工業(株)製
U−CAT 18X:商品名「U−CAT 18X」[アミン系硬化促進剤]、サンアプロ(株)製
・樹脂硬化オーブン
エスペック(株)製 GPHH−201
・熱衝撃試験機
エスペック(株)製 小型冷熱衝撃装置 TSE−11−A
・リフロー炉
日本アントム(株)製、UNI−5016F
101:金属配線(電極)
102:光半導体素子
103:ボンディングワイヤ
104:硬化物(封止材)
Claims (8)
- エポキシ化合物(A)と、酸無水物硬化剤(B)と、チオール基を有するシランカップリング剤(C)と、下記式(1)
で表される化合物である硬化促進剤(D)とを含み、
前記エポキシ化合物(A)として、脂環式エポキシ化合物(A1)及びビスフェノールA型エポキシ樹脂(A2)を含み、前記脂環式エポキシ化合物(A1)は分子内に脂環エポキシ基を少なくとも1個有する化合物を含み、エポキシ化合物(A)100重量%に対する前記脂環式エポキシ化合物(A1)の割合が10〜40重量%、前記ビスフェノールA型エポキシ樹脂(A2)の割合が60〜90重量%であることを特徴とする硬化性エポキシ樹脂組成物。 - 前記硬化促進剤(D)が、テトラメチルアンモニウムヘキサン酸塩、テトラメチルアンモニウムオクチル酸塩、テトラブチルアンモニウムヘキサン酸塩、テトラブチルアンモニウムオクチル酸塩、及びトリオクチルメチルアンモニウムオクチル酸塩からなる群より選ばれた1種以上の化合物である請求項1に記載の硬化性エポキシ樹脂組成物。
- 前記エポキシ化合物(A)の含有量が20〜95重量%である請求項1又は2に記載の硬化性エポキシ樹脂組成物。
- 前記硬化剤(B)の含有量が前記硬化性エポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ基を有する化合物の全量100重量部に対して80〜200重量部である請求項1〜3のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ樹脂組成物。
- 前記シランカップリング剤(C)の含有量が0.1〜3重量%である請求項1〜4のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ樹脂組成物。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物。
- 光半導体封止用樹脂組成物である請求項1〜5のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ樹脂組成物。
- 光半導体素子と、該光半導体素子を封止する封止材とを含み、前記封止材が請求項7に記載の硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物であることを特徴とする光半導体装置。
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