JPH11335530A - エポキシ樹脂組成物及び光半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 あらかじめシリコンゲル等の応力緩衝材をＬ
ＥＤチップ表面に塗布した後硬化させなくとも、応力緩
衝効果が高く、耐湿性や、素子及びリードフレームとの
密着性を充分確保することができ、かつ高い透明性を有
した、特に光半導体を封止するために好適に用いること
ができるエポキシ樹脂組成物を提供する。 【解決手段】 エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、並
びに下記化学式（１）及び下記一般式（２）で示される
化合物の少なくとも一方からなる数平均分子量２００〜
１０００のキシレン樹脂を含む。このキシレン樹脂を、
エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、及びキシレン樹脂
の総量に対して３．０〜２５重量％含有して成る。エポ
キシ樹脂組成物を硬化成形して得られる成形体に優れた
応力緩衝効果を付与し、またこの成形体を半導体装置の
封止材として用いる場合の耐湿性、リードフレームや素
子との密着性、及び透明性を良好なものとする。 【化１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＥＤ、フォトト
ランジスター、フォトダイオード、ＣＣＤ等の光半導体
素子、そのなかでも特にＬＥＤを封止するために用いら
れるトランスファーモールド用のエポキシ樹脂組成物、
及びこのエポキシ樹脂組成物にて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】ＬＥＤ、受光素子等の光半導体の樹脂封
止を行って光半導体装置の製造を行う際の封止材料とし
ては、透明性、密着性、耐湿性、電気絶縁性、耐熱性等
に優れる点から、エポキシ樹脂組成物が主として用いら
れており、エポキシ樹脂組成物のトランスファーモール
ドにより成形した成形体を封止樹脂とし、この封止樹脂
により光半導体を封止する樹脂封止は、作業性及び量産
性の面で優れている。

【０００３】ここでＬＥＤ素子については非常に応力に
敏感であるため、従来のトランスファーモールド用の封
止材料では、成形応力、成形後の熱変化による封止材の
収縮応力、あるいは低温通電時における樹脂応力がＬＥ
Ｄ素子にかかった際に輝度劣化の問題が発生しやすい。
そこでその対策としてシリコンゲルに代表される柔らか
い透明な応力緩衝材をあらかじめＬＥＤ素子表面に塗布
した後硬化させ、その後エポキシ樹脂組成物のトランス
ファーモールドにより封止する必要があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしこの方法はあら
かじめシリコンゲル等の応力緩衝材をＬＥＤ素子表面に
塗布した後硬化させるための手間及び費用がかかると共
に、塗布状態のばらつきで輝度が安定しない等の問題が
生じることがあった。

【０００５】そのため、上述のような応力緩衝材を不要
なものとするために、硬化剤の当量比の調節を行った
り、各種の低分子エポキシ樹脂等を導入する等してエポ
キシ樹脂組成物に応力緩衝効果を付与するエポキシ樹脂
系がいくつか提案されているが、このようなエポキシ樹
脂組成物にて成形された成形体は、耐湿性や素子及びリ
ードフレームとの密着性が大幅に低下するという問題が
あった。

【０００６】またエポキシ樹脂組成物にシリコンゲル等
の異種の高分子ゴム系や高分子ゲル系を添加する方法で
は、応力緩衝効果と密着性は確保できるが、耐湿性が低
下すると共に、成形後や吸湿後に成形体が白濁するとい
う問題があった。

【０００７】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、あらかじめシリコンゲル等の応力緩衝材をＬＥＤ
チップ表面に塗布した後硬化させなくとも、応力緩衝効
果が高く、しかも耐湿性や、素子及びリードフレームと
の密着性を充分確保することができ、かつ高い透明性を
有した、特に光半導体を封止するために用いることがで
きるエポキシ樹脂組成物、及びこのエポキシ樹脂組成物
にて封止されてなる光半導体装置を提供することを目的
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のエポキシ樹脂は、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進
剤、並びに下記化学式（１）及び下記一般式（２）で示
される化合物の少なくとも一方からなる数平均分子量２
００〜１０００のキシレン樹脂を含み、このキシレン樹
脂を、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、及びキシレ
ン樹脂の総量に対して３．０〜２５重量％含有して成る
ことを特徴とするものである。

【０００９】

【化２】 また本発明の請求項２に記載のエポキシ樹脂組成物は、
請求項１の構成に加えて、メルカプト基含有シラン化合
物を加水分解してなる化合物を、上記のエポキシ樹脂、
硬化剤、硬化促進剤、及びキシレン樹脂の総量に対して
０．００１〜５重量％含有して成ることを特徴とするも
のである。

【００１０】また本発明の請求項３に記載の光半導体装
置は、請求項１又は２に記載のエポキシ樹脂組成物にて
封止されて成ることを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１２】エポキシ樹脂としては、一分子中に二個以
上のエポキシ樹脂を有するものであれば特に限定するも
のではないが、本発明のエポキシ樹脂組成物を光半導体
の封止用に用いるためには比較的着色の少ないものが好
ましく、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビス
フェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポ
キシ樹脂、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹
脂、脂環式エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレ
ート、脂肪族系エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの
エポキシ樹脂は、単独で、あるいは二種以上を適宜混合
して用いることができる。本発明のエポキシ樹脂組成物
を、固形のタブレット状に調製する場合は、エポキシ樹
脂として、固形状のエポキシ樹脂を含むもの用いるか、
あるいは固形状のエポキシ樹脂のみを単独で用いること
が好ましい。

【００１３】硬化剤としては、エポキシ樹脂と硬化反応
を起こすものであれば特に限定するものではないが、本
発明のエポキシ樹脂組成物を光半導体の封止用に用いる
ためには比較的着色の少ないものが好ましく、例えば無
水ヘキサヒドロフタル酸、無水メチルヘキサヒドロフタ
ル酸、無水テトラヒドロフタル酸等の酸無水物、フェノ
ール、クレゾール、キシレノール、レゾールシン等とホ
ルムアルデヒドとを縮合反応させて得られるノボラック
型樹脂等を挙げることができる。またこの他にアミン系
硬化剤を挙げることができるが、アミン系硬化剤を含有
するエポキシ樹脂組成物は硬化時の変色が大きいため使
用する際には添加量等に注意を要する。これらの硬化剤
は、単独で、あるいは二種以上を適宜組み合わせて用い
ることができる。ここで硬化剤の配合割合は、エポキシ
樹脂に対する硬化剤の当量比が０．７〜１．４となるよ
うにするのが好ましい。

【００１４】硬化促進剤としては上記のようなエポキシ
樹脂と硬化剤との反応を促進する作用を有するものであ
れば特に限定するものではないが、本発明のエポキシ樹
脂組成物を光半導体の封止用に用いるためには比較的着
色の少ないものが好ましく、例えばトリフェニルホスフ
ィン、ジフェニルホスフィン等の有機ホスフィン系硬化
促進剤、２−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−
メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等のイ
ミダゾール系硬化促進剤、１，８−ジアザビシクロ
（５，４，０）ウンデセン−７、トリエタノールアミ
ン、ベンジルメチルアミン等の三級アミン系硬化促進
剤、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレ
ート等のテトラフェニルボレート系硬化促進剤等を挙げ
ることができる。これらの硬化促進剤は、単独で、ある
いは二種以上を適宜組み合わせて用いることができる。
ここで硬化促進剤の配合割合は、エポキシ樹脂組成物全
量に対して０．０５〜５重量％とすることが好ましい。

【００１５】また下記化学式（１）及び下記一般式
（２）に示す化合物のうち少なくとも一方のものからな
り、数平均分子量が２００〜１０００のキシレン樹脂を
用いるものである。

【００１６】

【化３】 このようなキシレン樹脂を配合すると、本発明のエポキ
シ樹脂組成物を硬化成形して得られる成形体に優れた応
力緩衝効果を付与することができ、この成形体をＬＥＤ
等の光半導体素子の封止材として用いる場合、通電によ
る発熱によって封止材が加熱した際に封止材の熱応力が
ＬＥＤ等にかかることによる輝度の劣化を抑制すること
ができる。またこの成形体を半導体装置の封止材として
用いる場合の耐湿性、リードフレームや素子との密着
性、及び透明性を良好なものとすることができる。ここ
でこのキシレン樹脂の配合量は、エポキシ樹脂組成物中
のエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、及び上記のキシ
レン樹脂の総量に対して３〜２５重量％とするものであ
り、２５重量％を超えると吸湿性が上昇し、成形体を半
導体装置の封止材として用いる場合の耐湿性が低下する
おそれがあり、３重量％に満たないと成形体に充分な応
力緩衝効果を付与する効果が低下するおそれがある。ま
たこのキシレン樹脂の数平均分子量が２００に満たない
と成形体に充分な応力緩衝効果を付与することができな
くなり、１０００を超えるとキシレン樹脂とエポキシ樹
脂との相溶性が低下してキシレン樹脂がエポキシ樹脂中
に十分に溶解することができなくなり、成形体に白濁が
生じたり、成形体を半導体装置の封止材として用いた場
合の耐湿性が低下するおそれがある。

【００１７】本発明のエポキシ樹脂組成物には、メルカ
プト基含有シラン化合物を、あらかじめ加水分解させて
生成させた化合物を、エポキシ樹脂組成物中のエポキシ
樹脂、硬化剤、硬化促進剤、及び上記のキシレン樹脂の
総量に対して０．００１〜５重量％の割合で配合するこ
ともできるものであり、このようにすると、成形体を半
導体装置の封止材として用いた場合、成形体とリードフ
レームや素子との密着性を更に向上することができるも
のである。ここでこのメルカプト基含有シラン化合物を
あらかじめ加水分解させて生成させた化合物のエポキシ
樹脂組成物中のエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、及
び上記のキシレン樹脂の総量に対する割合が０．００１
重量％に満たないと、密着性の向上の効果を十分に発揮
させることができず、また５重量％を超えると吸湿性が
上昇して好ましくない。また密着性の向上の効果は、メ
ルカプト基含有シラン化合物をあらかじめ加水分解させ
て生成させた化合物を、エポキシ樹脂組成物中のエポキ
シ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、及び上記のキシレン樹脂
の総量に対して０．０１〜３重量％の割合で配合させた
際に最も顕著に発揮させることができる。

【００１８】ここでメルカプト基含有シラン化合物とし
ては、例えばγ−メルカプトプロピルトリメトキシシラ
ン等のメルカプト基含有シランカップリング剤を挙げる
ことができ、このようなメルカプト基含有シランカップ
リング剤を、あらかじめメルカプト基含有シランカップ
リング剤と同量又はそれ以下の蒸留水及びアルコールと
混合し、加水分解してシラノール化することによって得
られる化合物を用いるものである。

【００１９】本発明のエポキシ樹脂組成物には、上記の
各成分のほかに、必要に応じて変色防止剤、老化防止
材、染料、シリカ等の無機充填材、変成剤、可塑剤、希
釈剤等を配合することが可能である。

【００２０】本発明のエポキシ樹脂組成物を調製するに
あたっては、調製されるエポキシ樹脂組成物の性状が液
体状である場合は上記の各成分を所望の割合で配合した
ものを溶解混合し、又は溶融混合した後３本ロール等で
溶融混練して液体状のエポキシ樹脂組成物を得ることが
できる。また調製されるエポキシ樹脂組成物の性状が固
体状である場合は上記の各成分を所望の割合で配合した
ものを溶解混合し、又は溶融混合した後３本ロール等で
溶融混練したものを冷却固化した後粉砕して粉末状の樹
脂組成物を得るものであり、また更に必要に応じて粉末
状の樹脂組成物をタブレット状に打錠することもでき
る。

【００２１】このようにして得られたエポキシ樹脂組成
物を用いて光半導体装置の製造を行う際には、先ず金属
のリードフレーム上に、ＬＥＤ、フォトトランジスタ
ー、フォトダイオード、ＣＣＤ、ＥＰＲＯＭ等の光半導
体素子をダイボンディングする。次にＡｕ等の細線ワイ
ヤを用いたワイヤボンディング法等でリードフレームと
光半導体素子を結線する。次に上記のエポキシ樹脂組成
物を用いて光半導体装置とワイヤーを樹脂封止する。こ
のように形成される光半導体装置は、チップ、ワイヤ、
及びその接合部が封止樹脂により電気的、機械的に外部
環境から保護される共に、ユーザーが使い易いようにす
るものである。ここで樹脂封止を行うにあたっては、エ
ポキシ樹脂組成物が固体状である場合には粉末状又はタ
ブレット状のエポキシ樹脂組成物をトランスファー成形
することにより封止樹脂を成形して樹脂封止を行うもの
であり、エポキシ樹脂組成物が液体状である場合にはキ
ャスティング等の方法により注型、固化することにより
封止樹脂を成形して樹脂封止を行うものである。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を実施例によって詳述する。 （実施例１乃至１１）表１に示す各成分を、各実施例及
び比較例について表１に示す割合で配合し、ホモミキサ
ー攪拌装置を備えたステンレス容器に入れて、５５℃で
約１０分間溶融混練した後冷却固化したものを粉砕して
粉末状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。この
粉末状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物をタブレット
状に打錠した。

【００２３】ここで表中のビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂＊１は、エポキシ当量１８５の液体状のビスフェノ
ールＡ型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ（株）製、
商品名「エピコート８２７」）、ビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂＊２は、エポキシ当量４９０の固形状のビス
フェノールＡ型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ
（株）製、品番「エピコート１００１」）、キシレン樹
脂＊３は、上記化学式（１）及び上記一般式（２）で示
される化合物からなる数平均分子量３８０のキシレン樹
脂（三菱ガス化学（株）製、「ニカノールＹ５００
１」）、キシレン樹脂＊４は、上記化学式（１）及び上
記一般式（２）で示される化合物からなる数平均分子量
３００のキシレン樹脂（三菱ガス化学（株）製、「ニカ
ノールＹ１０１」）、キシレン樹脂＊５は上記化学式
（１）及び上記一般式（２）で示される化合物からなる
数平均分子量２６０のキシレン樹脂（三菱ガス化学
（株）製、「ニカノールＹ５１」）、キシレン樹脂＊６
は上記化学式（１）で示される化合物のみからなる数平
均分子量２３０のキシレン樹脂である。また、メルカプ
トシランカップリング剤の加水分解品＊６は、γ−グリ
シドキシプロピルメルカプトシラン１０重量部に対して
メタノール２重量部、水０．５重量部を添加し、室温で
５分間攪拌し、更に４０℃で１時間放置して加水分解し
たものである。

【００２４】上記のようにして得られた各実施例及び各
比較例のエポキシ樹脂組成物について、以下に示すよう
な評価試験を行い、その結果を表１に示す。 （光透過性評価）各実施例及び比較例にて得られたタブ
レット状のエポキシ樹脂組成物を用いて、注入時間２０
秒、注入圧力８０ｋｇｆ／ｃｍ²、キュアタイム９０
秒、型温１６５℃の条件でトランスファー成形を行い、
厚み１ｍｍのテストピースを作製した。このテストピー
スに光線を入射すると共に透過光を分光光度計（（株）
日立製作所製、「Ｕ−３４００」）にて検出し、波長９
６０ｎｍ及び波長４００ｎｍの光線の透過率を測定し
た。 （白濁性評価）各実施例及び比較例にて得られたタブレ
ット状のエポキシ樹脂組成物を用いて、上記の光透過性
評価の場合と同一の条件にてテストピースを厚み１〜８
ｍｍの範囲で作製した。一方白色紙に硬度Ｂの鉛筆にて
線を描き、その上にテストピースを載せ、テストピース
を介して線を目視で観察した。そして白濁性の評価を下
記の評価基準にて行った。

【００２５】○：厚み１〜８ｍｍの全てのテストピース
において、白色紙上の線を観察できる。

【００２６】×：厚み８ｍｍ以下のテストピースにおい
て、白色紙上の線を観察できなくなる。（耐湿信頼性評
価）部分銀めっきを施した４２アロイ製リードフレーム
上に、窒化ケイ素膜に配線幅５μｍのＡｌパターンを形
成したチップサイズ４×５ｍｍのＡｌパターンチップを
ダイボンディングした後、直径２５μｍのＡｕの細線ワ
イヤを用いたワイヤボンディング法で結線して、各実施
例及び各比較例のエポキシ樹脂組成物を用いて上記の光
透過性評価の場合と同一の条件でトランスファー成形に
て樹脂封止して、１６ＤＩＰ封止成形品を作製した。

【００２７】この１６ＤＩＰ封止成形品２０個について
１２５℃で１２時間アフターキュアー処理を行ったもの
を６０℃、ＲＨ９５％の高温高湿下に最大１０００時間
曝露し、２５０時間ごとにオープン不良の有無を確認し
て、累積不良が１０％に達するまで（２０個のサンプル
のうち２個のサンプルについて不良が発生するまで）の
時間を測定した。 （密着性評価）耐湿信頼性評価の際と同一の条件で５０
０時間高温高湿下に曝露した１６ＤＩＰ封止成形品につ
いて、封止樹脂とＡｌパターンチップとの密着性を超音
波密着探傷試験機（（株）キャノン製、「Ｃ−７０
０」）にて測定して下記評価基準にて評価を行った。

【００２８】○：封止樹脂とＡｌパターンチップとの接
合面のうち２０％以下の面積の部分にて剥離が発生。

【００２９】△：封止樹脂とＡｌパターンチップとの接
合面のうち２０％超、５０％以下の面積の部分にて剥離
が発生。

【００３０】×：封止樹脂とＡｌパターンチップとの接
合面のうち５０％超の面積の部分にて剥離が発生。 （ＬＥＤ封止低温通電評価）部分銀めっきを施した４２
アロイ製リードフレーム上に、ＬＥＤ（Ｃｏｎａｒｙ社
製、品番「ＵＥＤ−７１２ＳＹ−Ｖ）をダイボンディン
グした後、直径２５μｍのＡｕの細線ワイヤを用いたワ
イヤボンディング法で結線して、各実施例及び各比較例
のエポキシ樹脂組成物を用いて上記の光透過性評価の場
合と同一の条件でトランスファー成形にて樹脂封止し
て、封止成形品を作製した。

【００３１】この封止成形品に−２０℃の条件下で３．
５Ｖの定格電圧を印加して通電すると共に、このとき封
止樹脂を介してＬＥＤから発せられる光の輝度を分光光
度計（（株）日立製作所製、品番「Ｕ−３４００」）を
用いて測定し、輝度が通電初期と比較して１０％低下し
た時間を計測した。

【００３２】

【表１】 表１から判るように、式（１）、（２）で示される数平
均分子量２００〜１０００のキシレン樹脂が配合されて
いない比較例１、６や、配合量がエポキシ樹脂、硬化
剤、硬化促進剤、及びキシレン樹脂の総量に対して３．
０〜２５重量％の範囲にはない比較例２乃至５では、非
通電時の光透過性及び密着性については良好な結果が得
られたが、白濁性、耐湿信頼性、及びＬＥＤ封止低温通
電評価について同時に良好な結果を得ることはできなか
った。それに対して実施例１乃至６では、非通電時の光
透過性及び密着性が良好であり、かつ白濁性、耐湿信頼
性、及びＬＥＤ封止低温通電評価のいずれにおいても良
好な結果が得られた。特にメルカプト基含有シラン化合
物をあらかじめ加水分解してなる化合物を、上記のエポ
キシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、及びキシレン樹脂の総
量に対して０．００１〜５重量％の範囲で含有する実施
例６では、密着性について特に良好な結果が得られた。

【００３３】

【発明の効果】上記のように本発明の請求項１に記載の
エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促
進剤、並びに上記化学式（１）及び上記一般式（２）で
示される化合物の少なくとも一方からなる数平均分子量
２００〜１０００のキシレン樹脂を含み、このキシレン
樹脂を、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、及びキシ
レン樹脂の総量に対して３．０〜２５重量％含有するた
め、本発明のエポキシ樹脂組成物を硬化成形して得られ
る成形体に優れた応力緩衝効果を付与することができ、
この成形体をＬＥＤ等の光半導体素子の封止材として用
いる場合、通電による発熱によって封止材が加熱した際
に封止材の熱応力がＬＥＤ等にかかることによる輝度の
劣化を抑制することができるものである。またこの成形
体を半導体装置の封止材として用いる場合の耐湿性、リ
ードフレームや素子との密着性、及び透明性を良好なも
のとすることができるものである。

【００３４】また本発明の請求項２に記載のエポキシ樹
脂組成物は、メルカプト基含有シラン化合物を加水分解
してなる化合物を、上記のエポキシ樹脂、硬化剤、硬化
促進剤、及びキシレン樹脂の総量に対して０．００１〜
５重量％含有して成るため、本発明のエポキシ樹脂組成
物を硬化成形して得られる成形体を半導体装置の封止材
として用いた場合、成形体とリードフレームや素子との
密着性を更に向上することができるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 31/02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、並
   びに下記化学式（１）及び下記一般式（２）で示される
   化合物の少なくとも一方からなる数平均分子量２００〜
   １０００のキシレン樹脂を含み、このキシレン樹脂を、
   エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、及びキシレン樹脂
   の総量に対して３．０〜２５重量％含有して成ることを
   特徴とするエポキシ樹脂組成物。 【化１】
2. 【請求項２】 メルカプト基含有シラン化合物を加水分
   解してなる化合物を、上記のエポキシ樹脂、硬化剤、硬
   化促進剤、及びキシレン樹脂の総量に対して０．００１
   〜５重量％含有して成ることを特徴とする請求項１に記
   載のエポキシ樹脂組成物
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のエポキシ樹脂組
   成物にて封止されて成ることを特徴とする光半導体装
   置。