JPH05183074A

JPH05183074A - 光半導体装置

Info

Publication number: JPH05183074A
Application number: JP36070891A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Aoki; 豊青木; Satoshi Tanigawa; 聡谷川
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1991-12-27
Filing date: 1991-12-27
Publication date: 1993-07-23

Abstract

(57)【要約】【目的】内部応力が小さく、しかも低応力性に優れた
光半導体装置を提供する。【構成】下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含み、（Ｃ）成
分である水晶粉砕物と、（Ａ）および（Ｂ）成分を主体
とするエポキシ樹脂硬化体の屈折率との差が±０．０１
の範囲に設定されているエポキシ樹脂組成物を用いて光
半導体素子を封止する。（Ａ）透明性エポキシ樹脂。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）光透過率８０％以上の水晶粉砕物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光透過率および低応
力性の双方に優れた封止樹脂により樹脂封止された光半
導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光半導体素子を封止する際に用いられる
樹脂組成物としては、透明であることが要求され、一般
に、ビスフェノール型エポキシ樹脂，脂環式エポキシ樹
脂等のエポキシ樹脂と酸無水物系硬化剤とからなるエポ
キシ樹脂組成物が用いられている。

【０００３】しかし、上記エポキシ樹脂組成物を封止樹
脂として用いると、エポキシ樹脂組成物の硬化時の硬化
収縮、または硬化温度から室温に冷却するときの冷却収
縮により、封止樹脂と光半導体素子の接着界面におい
て、封止樹脂と光半導体素子の線膨張係数の差に起因す
る歪みが生じ内部応力が発生する。その結果、光半導体
素子が劣化するという問題が生じる。このため、従来か
ら、上記内部応力を低減させる方法として、シリカ粒子
等の線膨張係数の小さい透明な無機粉末を添加してエポ
キシ樹脂組成物硬化体の線膨張係数を小さくし、光半導
体素子のそれに近似させる方法が提案され一部で実行さ
れている。

【０００４】しかし、上記方法は、内部応力を低下させ
ることは可能でも、透明な無機粉末とエポキシ樹脂硬化
体との屈折率の差があるため、得られるエポキシ樹脂組
成物硬化体の光透過率が著しく低下するという光半導体
封止用樹脂組成物としては致命的な欠点を有している。
これに対し、上記欠点を解決するために、樹脂成分と透
明な無機粉末の屈折率の差を小さくする方法が提案され
実行されている（特開昭４９−２３８４７号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、屈折率
がエポキシ樹脂に近似した、すなわち、シリカ粒子に比
べて比較的屈折率が高い透明無機粉末には、Ｎａ⁺等の
イオン不純物が多量に含まれている。例えば、ガラス粉
末はその組成から、屈折率を比較的自由に調整できる
が、Ｎａ₂Ｏが多量に含まれている場合があり、この場
合、Ｎａ⁺がＮａ₂Ｏから簡単に遊離する。したがっ
て、このようなイオン不純物が多量に含まれる無機粉末
を封止用樹脂組成物に配合すると、封止樹脂の耐湿性が
劣り、光半導体素子の腐食が急激に進行し、光半導体装
置の寿命が短くなるという問題が生じる。

【０００６】一方、イオン不純物を含まない屈折率の高
い無機粉末を得る方法としては、シリカに酸化鉛，酸化
チタンを溶融混合することが考えられるが、上記金属酸
化物中にも少量のイオン不純物が含まれている。そのう
え、上記酸化鉛は溶融時に一部が鉛となり蒸発するため
屈折率の厳密な調整が困難であり、また上記酸化チタン
を混合すると得られる無機粉末が着色してしまう。

【０００７】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、内部応力が小さく、しかも低応力性に優れた
光半導体装置の提供をその目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の光半導体装置は、下記の（Ａ）〜（Ｃ）
成分を含み、（Ｃ）成分である水晶粉砕物と、（Ａ）お
よび（Ｂ）成分を主体とするエポキシ樹脂硬化体の屈折
率との差が±０．０１の範囲に設定されているエポキシ
樹脂組成物を用いて光半導体素子を封止するという構成
をとる。（Ａ）透明性エポキシ樹脂。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）光透過率８０％以上の水晶粉砕物。

【０００９】

【作用】すなわち、本発明者らは、内部応力が小さく、
光透過性に優れ、かつ耐湿性にも優れた封止樹脂を得る
ために一連の研究を重ねた。その研究の結果、無色透明
の石英である水晶は、その屈折率がエポキシ樹脂に近似
し、含有するイオン不純物量が少ないことを突き止め、
その粉砕物を用いると、透明で内部応力の低減された封
止樹脂が得られることを見出しこの発明に到達した。

【００１０】つぎに、この発明を詳しく説明する。

【００１１】この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、
透明性エポキシ樹脂（Ａ成分）と、硬化剤（Ｂ成分）
と、特定の光透過率を有する水晶粉砕物（Ｃ成分）とを
用いて得られるものであって、通常、液状，粉末状もし
くはこの粉末を打錠したタブレット状のものが用いられ
る。

【００１２】上記透明性エポキシ樹脂（Ａ成分）として
は、ビスフェノール型エポキシ樹脂，脂環式エポキシ樹
脂が透明性を有するために好ましく用いられるが、場合
により他のエポキシ樹脂を併用してもよい。そして、上
記他のエポキシ樹脂を併用する場合、その配合割合は、
通常、エポキシ樹脂成分全体の５０重量％（以下「％」
と略す）以下に設定するのが好適である。このようなエ
ポキシ樹脂としては、一般に、エポキシ当量１００〜１
０００、軟化点１２０℃以下のものが用いられる。な
お、上記透明性エポキシ樹脂の透明性とは、着色透明の
場合も含み、厚み１ｍｍ相当で、６００ｎｍの波長の光
透過率が８０〜１００％をいう（分光光度計により測
定）。

【００１３】上記透明性エポキシ樹脂（Ａ成分）ととも
に用いられる硬化剤（Ｂ成分）としては、例えば酸無水
物系硬化剤があげられる。上記酸無水物系硬化剤として
は、分子量１４０〜２００程度のものが好ましく用いら
れ、具体的には、ヘキサヒドロ無水フタル酸，テトラヒ
ドロ無水フタル酸，メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、
メチルテトラヒドロ無水フタル酸等の無色ないし淡黄色
の酸無水物があげられる。上記酸無水物系硬化剤の配合
量は、上記透明性エポキシ樹脂（Ａ成分）１００重量部
（以下「部」と略す）に対して５０〜２００部の範囲に
設定することが好ましい。

【００１４】上記透明性エポキシ樹脂（Ａ成分）および
硬化剤（Ｂ成分）とともに用いられる水晶粉砕物（Ｃ成
分）としては、光透過率８０％以上のものを用いる必要
がある。この発明において、上記水晶粉砕物としては、
厚み１ｍｍ相当で６００ｎｍの波長の光透過率が８０％
以上の水晶を粉砕したものが相当する。そして、このよ
うな水晶粉砕物は、天然のセキエイ（結晶性）のなかで
も、無色透明な水晶を粉砕したものである。特に、低温
型セキエイ（αセキエイ）のうち、白濁しているもの
（珪石）を除去したものを用いるのが好ましい。また、
上記水晶粉砕物の平均粒子径としては、１０〜２００μ
ｍの範囲が好ましい。すなわち、上記粒子径の範囲外
の、例えば１０μｍ未満のものでは光透過率が低下して
しまうからである。

【００１５】そして、上記水晶粉砕物（Ｃ成分）の屈折
率と、上記透明性エポキシ樹脂（Ａ成分）および硬化剤
（Ｂ成分）を主体とするエポキシ樹脂組成物硬化体の屈
折率の差を±０．０１の範囲に設定する方法として、例
えば下記に示すような方法があげられる。すなわち、上
記ＡおよびＢ成分を主体とするエポキシ樹脂硬化体の屈
折率が、水晶粉砕物の屈折率（１．５４４）に等しくな
るように、Ａ成分の種類を適宜に選択する方法，Ａ成分
を２種類以上併用する方法あるいはＢ成分の種類を適宜
に選択する方法，Ｂ成分を２種類以上併用する方法等が
あげられる。なお、上記屈折率はアッベ屈折計を用いて
測定される。また、上記「主体とする」とは主体とする
成分（Ａ成分およびＢ成分）のみからなる場合も含める
趣旨である。

【００１６】上記水晶粉砕物（Ｃ成分）の含有割合は、
エポキシ樹脂組成物全体の１０〜８０％の範囲内に設定
することが好ましい。すなわち、水晶粉砕物の含有量が
１０％未満では硬化物の線膨張係数が充分に低下せず、
また８０％を超えると線膨張係数は低下するが樹脂粘度
が高くなり、成形性が劣る傾向がみられるからである。
なお、上記水晶粉砕物の含有割合は、透明性エポキシ樹
脂組成物硬化体を燃焼させ、その灰分として残存する水
晶粉砕物の重量から算出することができる。

【００１７】また、上記Ａ〜Ｃ成分ととに、シランカッ
プリング剤を用いてもよい。シランカップリング剤を用
いることによりエポキシ樹脂とシリカ系粒子の密着性が
高くなり、硬化物の透明性を向上させることができる。
このようなシランカップリング剤としては、エポキシ基
またはアミノ基を有するものが好ましく、具体的には、
エポキシ基を有するものとしては、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−
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等があげられ
る。アミノ基を有するものとしては、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メトキシ
シラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−
フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等が
あげられる。これらは単独でもしくは併せて用いられ
る。上記シランカップリング剤の使用量は、水晶粉砕物
１００部に対して０．５〜３部の範囲内に設定するのが
好ましい。

【００１８】なお、この発明に用いるエポキシ樹脂組成
物には、上記Ａ〜Ｃ成分以外に、必要に応じて硬化触
媒，染料，変性剤，変色防止剤，老化防止剤，離型剤，
反応性ないし非反応性の希釈剤等の従来公知の添加剤を
適宜配合することができる。

【００１９】上記硬化触媒としては、三級アミン，イミ
ダゾール化合物および有機金属錯塩等があげられる。

【００２０】上記エポキシ樹脂組成物は、例えばつぎの
ように製造することができる。すなわち、上記Ａ〜Ｃ成
分ならびにそれ以外の添加剤を適宜配合し、予備混合し
た後、混練機にかけて混練して溶融混合する。そして、
これを室温に冷却した後、公知の手段によって粉砕し、
必要に応じて打錠するという一連の工程により製造する
ことができる。また、上記透明性エポキシ樹脂（Ａ成
分）が常温で液状のものである場合には、これ以外の成
分をＡ成分とともに混合するのみで目的とするエポキシ
樹脂組成物を得ることができる。

【００２１】このようなエポキシ樹脂組成物を用いての
光半導体素子の封止は、特に限定するものではなく、通
常のトランスファー成形，注型等の公知のモールド方法
により行うことができる。その結果、光半導体素子を上
記エポキシ樹脂組成物硬化体からなる封止樹脂層によっ
て封止した光半導体装置が得られる。

【００２２】このようにして得られる光半導体装置は、
透明性に優れ、内部応力が極めて小さく高い信頼性を備
えている。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、この発明の光半導体装置
は、特定の光透過率を有する水晶粉砕物（Ｃ成分）を含
むエポキシ樹脂組成物を用いて光半導体素子を樹脂封止
して得られたものである。このため、この封止樹脂は光
透過性に優れ、しかもその内部応力が小さくなってお
り、光半導体素子の劣化の抑制等が効果的になされ、信
頼性が極めて高くなる。

【００２４】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００２５】

【実施例１】エポキシ当量６５０のビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂（固形樹脂）を５１部、下記の構造式で表
されるエポキシ当量１８７の脂環式エポキシ樹脂（固形
樹脂）４９部、

【００２６】

【化１】〔上記式において、Ｒはトリメチロールプロパン残基
で、ｎ≒１５である。〕

【００２７】テトラヒドロ無水フタル酸４８部、２−エ
チル−４−メチルイミダゾール０．４部、酸化防止剤
２．５部（上記各成分配合の樹脂組成物硬化体の屈折率
は１．５４５である）に、屈折率が１．５４４で、平均
粒子径１２５μｍ（粒子径１００μｍ除去）の水晶粉砕
物１４０部を添加し溶融混合を行い、冷却固化した後、
粉砕して水晶粉砕物含有粉末状エポキシ樹脂組成物を得
た。

【００２８】

【実施例２】水晶粉砕物の配合量を２０部に変えた。そ
れ以外は実施例１と同様にして水晶粉砕物含有粉末状エ
ポキシ樹脂組成物を得た。

【００２９】

【実施例３】水晶粉砕物の配合量を６００部に変えた。
それ以外は実施例１と同様にして水晶粉砕物含有粉末状
エポキシ樹脂組成物を得た。

【００３０】

【実施例４】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を添加した。それ以外は実施
例１と同様にして水晶粉砕物含有粉末状エポキシ樹脂組
成物を得た。

【００３１】

【比較例１】水晶粉砕物に代えて水晶粉砕物と等しい屈
折率を有するシリカ系粒子（Ｎａ₂Ｏを８％含有する）
を用いた。それ以外は実施例１と同様にしてシリカ系粒
子含有粉末状エポキシ樹脂組成物を得た。

【００３２】

【比較例２】水晶粉砕物を用いなかった。それ以外は実
施例１と同様にして粉末状エポキシ樹脂組成物を得た。

【００３３】つぎに、実施例１〜４および比較例１〜２
で得られたエポキシ樹脂組成物を用いて光半導体素子
（チップサイズ：１．５ｍｍ×１．５ｍｍ×厚み０．５
ｍｍ）をトランスファー成形（成形条件：１５０℃×４
分）し、さらに１２０℃×１６時間の条件でアフターキ
ュアーすることにより光半導体装置を得た（パッケージ
サイズ：縦４．５ｍｍ×横６．０ｍｍ×厚み３ｍｍ）。

【００３４】そして、上記実施例品（水晶粉砕物を含有
する）および比較例１品（シリカ系粒子を含有する）の
封止樹脂層は、いずれも比較例２品（充填剤を含有しな
い）と同様に充分な透明性を有し、光半導体装置の諸特
性に支障を及ぼさない程度であった。

【００３５】ついで、実施例品および比較例品につい
て、プレッシャークッカー保存試験（ＰＣＴテスト）
（１２１℃×２気圧の条件下）でのリーク電流の変動を
測定した。その結果を下記の表１に示した。なお、この
測定方法を下記に示す。

【００３６】〔ＰＣＴテスト後のリーク電流の変動測定
とその評価方法〕作製した光半導体装置をＰＣＴ条件下
で各２０，４０，６０，９０時間投入した後、常温およ
び常湿にて２時間放置した。これを電圧１０Ｖで３０秒
間印加させ、その時のリーク電流値を測定した。リーク
電流値が初期値（ＰＣＴテスト条件下に投入する前）に
対して２桁以上変動したものを不良としてカウントし
た。

【００３７】

【表１】

【００３８】上記表１の結果から、実施例品は比較例１
品に比べて耐湿信頼性に優れていることがわかる。

【００３９】さらに、各光半導体装置を熱衝撃試験（Ｔ
ＣＴテスト）（−４０℃〜１２５℃／２００サイクル）
を行ったところ、実施例品は比較例２品に比べて、ワイ
ヤーオープン，配線破壊等の損傷が極めて少なかった。
このことから、実施例品は比較例２品に比べて低応力性
に優れていることがわかる。

【００４０】これらＰＣＴテストおよびＴＣＴテストの
結果から、実施例品は比較例品に比べて光透過率はもち
ろん、耐湿信頼性および低応力性の双方に優れているこ
とがわかる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含み、
（Ｃ）成分である水晶粉砕物と、（Ａ）および（Ｂ）成
分を主体とするエポキシ樹脂硬化体の屈折率との差が±
０．０１の範囲に設定されている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。（Ａ）透明性エポキシ樹脂。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）光透過率８０％以上の水晶粉砕物。
【請求項２】下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含み、
（Ｃ）成分である水晶粉砕物と、（Ａ）および（Ｂ）成
分を主体とするエポキシ樹脂硬化体の屈折率との差が±
０．０１の範囲に設定されている光半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物。（Ａ）透明性エポキシ樹脂。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）光透過率８０％以上の水晶粉砕物。