JPWO2005092980A1 - 光半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物、及び光半導体装置 - Google Patents

Abstract

ＬＥＤ、フォトトランスタ、フォトダイード、ＣＣＤ、ＥＰＲＯＭ等の光半導体素子を封止するのに好適な光半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物を提供する。このエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、硬化促進剤と、例えば、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（ＤＢＵ）・パラトルエンスルホン酸塩やＤＢＵ・ギ酸塩のような耐リフロー性の改善効果を有する化合物を含む。この樹脂組成物によれば、光半導体素子を封止する際に重要な透明性を維持しながら、優れた耐リフロー性を提供することができる。

Description

本発明は、ＬＥＤ、フォトトランスタ、フォトダイード、ＣＣＤ、ＥＰＲＯＭ等の光半導体素子を封止するために用いられる光半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物、及び同組成物で光半導体素子を封止して得られる光半導体装置に関するものである。

発光素子、受光素子等の光半導体素子用の封止材料としては、透明性、密着性、耐湿性、電気絶縁性、耐熱性等に優れるエポキシ樹脂組成物が広く使用されている。
例えば、この種の封止材料として、日本公開特許公報２００１−２１３９４０号は、光半導体素子封止用のエポキシ樹脂組成物および同組成物で封止した半導体装置について記載している。この樹脂組成物は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂やクレゾールノボラック型エポキシ樹脂のようなエポキシ樹脂と、無水フタル酸や無水マレイン酸といった酸無水物系硬化剤と、硬化促進剤を含有する。この樹脂組成物によれば、エポキシ樹脂を高温で速やかに硬化させる場合、硬化剤から発生する炭酸ガスが気泡となり、樹脂中に欠陥が生じるという問題を解消することができる。その場合、硬化促進剤としては、ジアザビシクロアルケン類と、例えば、オルソフタル酸、石炭塩、オクチル酸などの有機酸との有機酸塩の使用が、樹脂組成物の熱硬化時における炭酸ガスの発生を低減する上で好適であるとされている。
ところで、パッケージの小型化、薄型化、及び環境への対応等の市場ニーズにより鉛フリー半田による面実装が広く実施されており、そのため高い実装信頼性、特に高温での耐リフロー性が要求されている。例えば、低α化および吸湿率の低下を図ることによって耐リフロー性を改善するため無機充填材の併用も検討されているが、屈折率の変化が起きるため光半導体装置の分野での応用は困難である。また、金属製の基板やウエハーとの密着力を改善する観点からカップリング剤の併用も検討されているが、鉛フリー半田による高温でのリフローにおいて耐リフロー性が十分とは言えず、依然として改善の余地が残されている。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、透明性を維持しつつ、耐リフロー性に優れる光半導体用エポキシ樹脂組成物を提供することにある。
すなわち、本発明の樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、硬化促進剤と、以下の化学式（１）〜（４）によって示される化合物の少なくとも１種を含むことを特徴とする。

本発明の樹脂組成物において、上記化合物の添加量は、樹脂組成物全量に関して０．０１ｗｔ％以上３ｗｔ％以下であることが好ましい。
本発明のさらなる目的は、上記した樹脂組成物で光半導体素子を封止して得られる光半導体装置を提供することにある。
本発明のさらなる特徴およびそれがもたらす効果は，以下に述べる発明を実施するための最良の形態からより明確に理解されるだろう。

本発明の光半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物を構成するエポキシ樹脂としては、１分子中に２個以上のエポキシ基を有していれば特に制限はないが、光半導体素子を封止する観点から比較的着色の少ないものが好ましい。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を使用できる。また、上記エポキシ樹脂の芳香環部に水素添化したエポキシ樹脂を用いてもよい。さらに、これらのエポキシ樹脂の２種以上を併用してもよいが、その際はビスフェノールＡ型エポキシ樹脂及びトリグリシジルイソシアヌレートを必須成分とすることが好ましい。
本発明の光半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物を構成する硬化剤は、エポキシ樹脂の硬化反応を促進させるためのものであり、エポキシ樹脂と反応するものであれば特に制限はないが、光半導体素子を封止する観点から比較的着色の少ないものが好ましい。例えば、無水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して得られるノボラック型フェノール樹脂、液状ポリメルカプタンやポリサルファイド樹脂等のポリメルカプタン系硬化剤を用いることができる。また、前記したもの以外にアミン系硬化剤を用いてもよいが、硬化時の変色が大きいため使用時は添加量等に注意を要する。これらの硬化剤は単独で使用しても良いし、２種以上を併用してもよい。エポキシ樹脂と硬化剤の当量比は、エポキシ／硬化剤当量比＝０．８〜２とすることが好ましい。
本発明の光半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物を構成する硬化促進剤としては、エポキシ樹脂と硬化剤の反応を促進させる作用を有していれば特に制限はないが、比較的着色の少ないものが好ましい。例えば、トリフェニルフォスフィン、ジフェニルフォスフィン等の有機フォスフィン系硬化促進剤、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、ベンジルジメチルアミン等の３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、テトラフェニルホスホニウム・ブロマイド等の有機塩類、１−ベンジル，２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類を使用することができる。これらの硬化促進剤は単独で使用しても良いし、併用してもよい。また、硬化促進剤の添加量は、樹脂組成物全量に関して０．０５ｗｔ％以５ｗｔ％未満とすることが好ましい。添加量が０．０５ｗｔ％未満であると、エポキシ樹脂と硬化剤の間の反応の充分な促進効果が得られない恐れがある。また、添加量が５ｗｔ％以上になると、ゲル化時間が短くなりすぎるためボイド等が発生しやすく、結果として成形性の低下を招く恐れがある。
本発明の光半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物は、以下の化学式（１）〜（４）によって示される化合物の少なくとも１種を含むことを特徴とする。

これらの化合物は、耐リフロー性の改善をもたらすものであり、反応速度を促進する効果は一般の硬化促進剤に比べて小さい。この化合物の添加量は、樹脂組成物全量に関して０．０１ｗｔ％以上３ｗｔ％以下とすることが好ましい。添加量が０．０１ｗｔ％未満であると、耐リフロー性の効果が十分に得られない恐れがある。また、３ｗｔ％より多くなると成形時にボイドが発生しやすくなる。
尚、本発明の光半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物は、上記した構成以外に、変色防止剤、劣化防止剤、染料、シリカ等の無機充填剤、シラン系カップリング剤、変性剤、可塑剤、希釈剤等を必要に応じて含有してもよい。
本発明の樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤および上記化学式（１）〜（４）によって示される化合物の少なくとも１種、更にはその他添加剤成分を溶解混合又は、ミキサー、ブレンダー等で均一に混合した後、３本ロール等で溶融混練し、これを冷却・固化した後、粉砕し、必要ならタブレット状に打錠することにより製造できる。また、溶解混合又は溶融混練までの製造工程により室温で液状の樹脂組成物を得ることもできる。得られたエポキシ樹脂組成物が固形の場合は、タブレットをトランスファー成形して光半導体素子の封止に用いることができる。また、得られたエポキシ樹脂組成物が液体の場合は、キャスティングやポッティング、印刷等の方式で型に注入、硬化させることによって光半導体素子を封止することができる。
尚、上記化学式（１）〜（４）に示される化合物の添加方法に特に制限はないが、高い耐リフロー性を安定して得る観点から、あらかじめこの化合物をエポキシ樹脂と溶融混合し、この混合物を残りの成分と配合することが好ましい。また、あらかじめこの化合物を硬化促進剤と溶融混合して残りの成分と配合する場合においても、上記と実質的に同様の効果が得られる。

（実施例１〜９および比較例１〜４）
以下のエポキシ樹脂Ａ１、Ａ２、Ａ３、硬化剤Ｂ、硬化促進剤Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３および化合物Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を用い、表１および表２に示す配合量に基づいて各実施例および比較例の光半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。
＜エポキシ樹脂＞
Ａ１：旭化成エポキシ株式会社製、Ｂｉｓ−Ａ樹脂タイプ＃４グレード６０１４
Ａ２：日産化学工業製、″ＴＥＰＩＣ−Ｓ″（トリアジン核を骨格にもつ３価のエポキシ化合物）
Ａ３：住友化学工業製、″ＸＬ−１５″（クレゾールノボラック型エポキシ樹脂）
＜硬化剤＞
Ｂ：新日本理化（（株））、″ＴＨＰＡ″（無水テトラヒドロフタル酸）
＜硬化促進剤＞
Ｃ１：１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール
Ｃ２：テトラ−ｎ−ブチルホスホニウム・ブロマイド塩
Ｃ３：ＤＢＵ（１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７）のオルソフタル酸塩
＜化合物＞
Ｄ１：ＤＢＵ・パラトルエンスルホン酸塩（化学式（１）によって示される化合物に相当）
Ｄ２：ＤＢＵ・ギ酸塩（化学式（２）によって示される化合物に相当）
Ｄ３：ＤＢＵ・テトラフェニルボレート塩（化学式（３）によって示される化合物に相当）
Ｄ４：テトラ−ｎ−ブチルホスホニウム・テトラフルオロボレート塩（化学式（４）によって示される化合物に相当）
一例として、実施例１の樹脂組成物の製造方法について説明する。まず、６９．７ｗｔ％のエポキシ樹脂Ａ１と７．７ｗｔ％のエポキシ樹脂Ａ２を予め混合し、次いで得られた混合物に２０．０ｗｔ％の硬化剤Ｂと１．４ｗｔ％の硬化促進剤Ｃと１．２ｗｔ％の化合物Ｄ１を添加してブレンダーで均一に混合した後、３本ロール等で溶融混練した。これを冷却・固化した後、粉砕し、タブレット状に打錠して実施例１の樹脂組成物を得た。
得られたエポキシ樹脂組成物を金型温度１５０℃、硬化時間１２０秒でトランスファー成形した後、１５０℃で２時間ポストキュアしたものを以下の評価試験用テストピースとした。
実装信頼性の評価を以下の条件で行った。すなわち、光ピックアップＰＫＧ（４×５×１．８ｍｍｔ）を用い８５℃／８５％ＲＨ／２０ｈの吸湿処理を施した後、２３５℃ピークのリフロー処理を行ない、剥離、クラックの有無をマイクロスコープ観察及び超音波探査装置にて確認した。耐リフロー性に関しては、″○″は不良率が０％であることを意味する。さらにリフロー処理によるボイド発生に関しては、″○″は不良率が５０ｐｐｍ未満であることを示し、″×″は不良率が１００ｐｐｍ以上であることを示す。結果を表１および表２に示す。

上記した実施例からもわかるように、本発明の光半導体封止用エポキシ樹脂組成物によれば、近年の鉛フリー半田による高温でのリフローにおいて高い実装信頼性と耐リフロー性を達成できるので、パッケージの小型化、薄型化、及び環境への適応等の近年の市場ニーズにマッチするものである。

Claims (6)

1. エポキシ樹脂と、硬化剤と、硬化促進剤と、以下の化学式（１）〜（４）によって示される化合物の少なくとも１種を含む光半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
   

   
2. 請求項１に記載の樹脂組成物において、上記化合物の添加量は、樹脂組成物全量に関して０．０１ｗｔ％以上３ｗｔ％以下である。
3. 請求項１に記載の樹脂組成物において、上記エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびトリグリシジルイソシアヌレートの少なくとも１種を含む。
4. 請求項１に記載の樹脂組成物において、エポキシ／硬化剤の当量比は０．８〜２の範囲内である。
5. 請求項１に記載の樹脂組成物において、硬化促進剤の添加量は、光半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物全量に関して０．０５ｗｔ％以上５ｗｔ％未満である。
6. 請求項１に記載の樹脂組成物で光半導体素子を封止して得られる光半導体装置。