JPH0689948A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0689948A
JPH0689948A JP24043892A JP24043892A JPH0689948A JP H0689948 A JPH0689948 A JP H0689948A JP 24043892 A JP24043892 A JP 24043892A JP 24043892 A JP24043892 A JP 24043892A JP H0689948 A JPH0689948 A JP H0689948A
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聡 谷川
Mutsuko Ota
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低応力性、耐熱性に優れた封止樹脂により樹
脂封止された半導体を提供するものであり、特に、低応
力性、耐熱性に優れた透明封止樹脂により樹脂封止され
た光半導体を提供する。 【構成】 熱硬化性樹脂、硬化剤成分、および水酸基量
が5×10-5mol/g以下であり、かつ粒子径が0.
1μm以下であるシリカ粒子を含む樹脂組成物によって
半導体素子を封止して半導体装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐熱性および低応力性
に優れた封止樹脂により樹脂封止された半導体装置に関
するものであり、特に透明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】現在、多くの光半導体装置は透明エポキ
シ樹脂で封止されているが、樹脂硬化体の内部応力によ
り、素子が劣化する問題がある。例えば,LED(発光
ダイオ−ド)の場合、輝度が低下する。そこで、本発明
者達は、透明かつ低応力の樹脂硬化体を得るために、光
の波長よりも充分に小さい、具体的には粒子径が0.1
μm以下のシリカ超微粒子を樹脂に充填することを提案
した。(特願平3−133418)
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにシリカ超微粒子を樹脂に添加する方法は、樹脂硬
化体の内部応力を低減し、かつ透明性を維持することは
出来ても、未だ耐熱性において満足できるものではな
い。
【0004】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、シリカ超微粒子を充填した低応力性、耐熱性に
優れた封止樹脂により樹脂封止された半導体装置を提供
するものであり、特に低応力性、耐熱性に優れた透明封
止樹脂により樹脂封止された光半導体装置を提供するも
のである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の半導体装置は、下記の(A)〜(C)成
分を含む熱硬化性樹脂組成物を用いて半導体素子を封止
するという構成をとる。 (A)熱硬化性樹脂。 (B)硬化剤成分。 (C)水酸基量が5×10-5mol/g以下であり、か
つ粒子径が0.1μm以下であるシリカ粒子。
【0006】本発明者らは、一連の研究の過程で、シリ
カ粒子上への硬化剤成分の吸着には、シリカ粒子表面の
水酸基が大きく関与していることを突き止めた。すなわ
ち、水酸基量が少ないシリカを用いた場合、Tgは低下
しないことを見出し、この発明に到達した。
【0007】本発明に用いる熱硬化性樹脂組成物は、熱
硬化性樹脂(A成分)、硬化剤成分(B成分)及び、水
酸基量が5×10-5mol/g以下であり、かつ粒子径
が0.1μm以下であるシリカ粒子(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になっている。
【0008】上記熱硬化性樹脂(A成分)としては、特
にエポキシ樹脂が好適であり、ビスフェノ−ル型エポキ
シ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹
脂、など特に限定しないが、光半導体用の透明樹脂とし
ては、ビスフェノ−ル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ
樹脂が好ましい。このようなエポキシ樹脂としては、一
般に、エポキシ当量100〜1000、軟化点120℃
以下のものが用いられる。光半導体用の透明樹脂として
は、前二者のエポキシ樹脂に、他のエポキシ樹脂を併用
しても良いが、その使用割合は、エポキシ樹脂全体の5
0重量%以下に設定するのが好適である。
【0009】硬化剤成分としては、硬化剤および硬化促
進剤が含まれる。硬化剤としては、アミン系、酸無水物
系、フェノ−ル系硬化剤など特に限定しないが、光半導
体用の透明樹脂としては、好ましくは、酸無水物系硬化
剤が用いられ、その分子量は140〜200程度のもの
が好適である。例えば、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
挙げられる。上記酸無水物系硬化剤の配合量は、透明性
エポキシ樹脂とともに用いられ、透明性エポキシ樹脂1
00重量部(以下、「部」と略す)に対して、50〜2
00部の範囲に設定することが好ましい。また、硬化触
媒としては、三級アミン、イミダゾ−ル化合物及び有機
金属錯塩等が挙げられる
【0010】(C)成分としてのシリカ粒子を得るには
通常、シリカ粒子を高温で処理することにより、表面の
水酸基を少なくすることができる。また、他の方法とし
てはヘキサメチルジシラザン(以下、HMDSという)
あるいはシランカップリング剤で、通常のシリカ粒子表
面の水酸基を処理することで、水酸基量を少なくするこ
とが可能である。さらに、高温処理済みのシリカ粒子を
HMDSあるいはシランカップリング剤で処理すること
で、より効果的に水酸基量を少なくすることも可能であ
る。シランカップリング剤としては、γ−グリシドキシ
プロピルトリメトキシシラン、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−アミノ
プロピルトリエトキシシランなどのアルコキシシランな
どが挙げられる。なお処理剤としてのHMDSとシラン
カップリング剤を比較した場合、HMDSの方が好適で
ある。その理由は、HMDSの方が得られる半導体装置
の耐熱性および低応力性に優れるようになるからであ
る。
【0011】本発明において用いるシリカ粒子は、上述
の如き数値範囲の水酸基量と粒子径を有しているが、こ
の数値範囲を外れると、透明性、耐熱性、低応力性が劣
るという不都合が生ずるからである。
【0012】なお上記シリカ粒子(C成分)としては、
単独で使っても良いし、通常のシリカと併用しても良
い。その場合も、混在シリカの水酸基量は5×10-5
ol/g以下が好ましく、1×10-5mol/g以下で
あれば、なお好適である。その時の通常シリカの使用割
合は、総シリカ量にたいして50重量%以下が望まし
い。また、その場合のシリカ粒子の総量は、熱硬化性樹
脂組成物全体の10〜90重量%の範囲に設定すること
が望ましい。ただし、シリカの粒子径は、熱硬化性樹脂
組成物が透明封止樹脂の場合は、透明性を保持するため
に、光の波長よりも充分に小さい粒子が必要のため、
0.1μm以下であることが望ましい。なお、光半導体
用透明樹脂の透明性とは、着色透明の場合も含み、硬化
体の厚さ1mm相当で、600nmの波長の光透過率が
80〜100%であるものをいう。(測定は分光光度計
による)。
【0013】シリカの水酸基量は次のような滴定で求め
ることができる。 1.既知量(2g)のシリカ、エタノ−ル10ml、界
面活性剤10重量%水溶液2.5g、および塩化ナトリ
ウム20重量%水溶液140mlを混合し、シリカ分散
液を作製する。界面活性剤はエマルゲン910(花王
(株)製)を使用する。 2.上記シリカ分散液を攪拌しながら0.05N塩酸で
pHを4.00に調製する。 3.次に、0.05N水酸化ナトリウム水溶液をビュレ
ットで徐々に滴下し、pHが9.00を30秒間保つ点
を終点とし、その時の0.05N水酸化ナトリウム水溶
液の消費量から水酸基量を数1により算出する。
【数1】 X:水酸化ナトリウム水溶液の規定度、上記の場合X=
0.05 Y:水酸化ナトリウム水溶液の滴下量(ml) Z:シリカの質量(g)
【0014】なお、本発明に用いる熱硬化性樹脂組成物
には、上記(A)〜(C)成分以外に、必要に応じて染
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などの従来公知の添加剤を適宜
配合することができる。
【0015】上記熱硬化性樹脂組成物は、例えば次のよ
うに製造することができる。すなわち、上記各成分の原
料を適宜配合し、予備混合した後、混練機に掛けて混練
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。熱硬化性
樹脂組成物が液状の場合は、上記各成分を混合するだけ
でよい。ただし、シリカ粒子が超微粒子の場合、特願平
4−116822のようにあらかじめ有機溶媒にシリカ
超微粒子を分散させ、ついでこのシリカ超微粒子の分散
液と樹脂成分を混合させ、その後、脱溶媒するとよい。
【0016】このような熱硬化性樹脂組成物を用いて
の、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−成形、注型などの公知のモ−ルド
方法により行うことができる。
【0017】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明を説明する。 実施例1 粒子径が0.07μmで水酸基量が20×10-5mol
/gであるシリカ超微粒子をHMDSで表面処理するこ
とにより、水酸基量を0.8×10-5mol/gまで減
少させた。このシリカ超微粒子200部、エポキシ当量
185のビスフェノ−ルA型エポキシ樹脂(液状樹脂)
100部、4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸100
部、2−エチル−4−メチルイミダゾ−ル0.4部、お
よび酸化防止剤2.5部を混合し、シリカ超微粒子を含
有するエポキシ樹脂組成物を得た。 実施例2 実施例1のHMDSで表面処理したシリカ超微粒子15
0部、エポキシ当量650のビスフェノ−ルA型エポキ
シ樹脂(固形樹脂)80部、トリグリシジルイソシアヌ
レ−ト(固形樹脂)20部、テトラヒドロ無水フタル酸
44部、2−エチル−4−メチルイミダゾ−ル0.4
部、および酸化防止剤2.5部を混合し、シリカ超微粒
子を含有するエポキシ樹脂組成物を得た。 実施例3 メチルイソブチルケトンに分散した粒子径が0.01μ
mで水酸基量が40×10-5mol/gであるシリカ超
微粒子(溶媒中のシリカ超微粒子は30重量%であっ
た)をHMDSで表面処理することにより、水酸基量を
0.5×10-5mol/gまで減少させた。このシリカ
超微粒子のメチルイソブチルケトン分散液200部にエ
ポキシ当量650のビスフェノ−ルA型エポキシ樹脂4
0部、トリグリシジルイソシアヌレ−ト10部、テトラ
ヒドロ無水フタル酸22部を溶解させた。そして、これ
を減圧して脱溶媒した後、硬化触媒として2−エチル−
4−メチルイミダゾ−ル0.2部、および酸化防止剤
1.2部を混合し、シリカ超微粒子を含有するエポキシ
樹脂組成物を得た。 実施例4 実施例3において表面処理をHMDSからγ−グリシド
キシプロピルトリメトキシシランに変えた以外は同様に
して水酸基量4.6×10-5mol/gのシリカ超微粒
子を得て、実施例3と同様の作業により、シリカ超微粒
子を含有するエポキシ樹脂組成物を得た。 比較例1 実施例1において、シリカをHMDSで表面処理しなか
った。 比較例2 実施例2において、シリカをHMDSで表面処理しなか
った。 比較例3 実施例3において、シリカをHMDSで表面処理しなか
った。
【0018】次に、実施例1〜4及び比較例1〜3で得
られたエポキシ樹脂組成物を用いて、硬化温度150℃
で、LEDを樹脂封止して光半導体装置を作製し、この
光半導体装置の高温での通電輝度劣化を測定した。その
結果を下記の表1に示す。なお、通電輝度劣化の測定
は、次のようにして行った。すなわち、光半導体装置
(LEDデバイス)に定電流を流し、輝度として電流印
加後5秒後の受光素子の出力電流値を求め劣化率を測定
した。測定条件は、評価素子0.5×0.5mmのGa
As、パッケ−ジとしては、直径5mmのパイロットラ
ンプを用い、80℃雰囲気下において、20mA通電の
1000時間後の輝度劣化率である。
【0019】
【表1】
【0020】上記表1の結果から、比較例1〜3の樹脂
はTgが低いため、、樹脂の耐熱性が低く、樹脂が熱劣
化で黄変し、樹脂の光透過率が大きく低下したため輝度
が劣化した。それに対し、各実施例は樹脂の耐熱性が高
いので熱劣化もなく、輝度劣化が抑制された。
【0021】
【発明の効果】以上の如く、本発明においては、水酸基
量5×10-5mol/g以下かつ粒子径0.1μm以下
のシリカ粒子を用いてなる透明封止樹脂組成物により光
半導体素子を封止しているので、得られる光半導体装置
は耐熱性、低応力性および透明性に優れる。なお今迄の
説明では、熱硬化性樹脂として透明封止樹脂を取り上げ
て説明してきたが、本発明の技術思想は樹脂封止半導体
全般の耐熱性、低応力性を良好にするためにも適用可能
であり、従って透明な熱硬化性樹脂以外の熱硬化性樹脂
を用いる場合にも有用である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記の(A)〜(C)成分を含む樹脂組
    成物を用いて半導体素子を封止してなる半導体装置。 (A)熱硬化性樹脂。 (B)硬化剤成分。 (C)水酸基量が5×10-5mol/g以下であり、か
    つ粒子径が0.1μm以下であるシリカ粒子。
  2. 【請求項2】 (C)成分のシリカ粒子がヘキサメチル
    ジシラザンあるいはシランカップリング剤でシリカ粒子
    を処理してなるものである請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 下記の(A)〜(C)成分を含む半導体
    素子封止用熱硬化性樹脂組成物。 (A)熱硬化性樹脂。 (B)硬化剤成分。 (C)水酸基量が5×10-5mol/g以下であリ、か
    つ粒子径が0.1μm以下であるシリカ粒子。
  4. 【請求項4】 (C)成分のシリカ粒子がヘキサメチル
    ジシラザンあるいはシランカップリング剤でシリカ粒子
    を処理してなるものである請求項3記載の半導体素子封
    止用熱硬化性樹脂組成物。
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