JPH11209579A

JPH11209579A - 封止用のエポキシ樹脂組成物および樹脂封止型光半導体装置

Info

Publication number: JPH11209579A
Application number: JP10013092A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Nakasuji; 郁雄中筋; Hiroshi Yamanaka; 浩史山中
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1998-01-26
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 1999-08-03
Anticipated expiration: 2018-01-26
Also published as: JP3391681B2

Abstract

(57)【要約】【課題】金型との離型性や成型品の外観等を損なわず
に、リードフレームとの密着力の向上を計り、耐後加工
性を向上させること、そして、安定して良好な耐湿信頼
性を確保した樹脂封止型半導体装置を提供する。【解決手段】本発明は、エポキシ樹脂と硬化剤と硬化
促進剤を含むエポキシ樹脂組成物において、メルカプト
基含有シラン化合物をも含有することを特徴とし、ま
た、半導体素子をエポキシ樹脂組成物で封止してなる半
導体装置において、前記エポキシ樹脂として上記本発明
のエポキシ樹脂組成物が使用されていることを特徴とす
る。

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、ＥＰＲＯＭ
等の光半導体素子を封止するために用いられるエポキシ
樹脂組成物とこのエポキシ樹脂組成物により封止された
光半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】発光素子、受光素子等の光半導体の封止
材として、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による樹脂封
止が主流になっている。これらの封止方法としては、一
般に常温で固形の場合はタブレットをトランスファー成
形する方法や、常温で液状の場合は、キャスティングや
ポッティング、印刷等の方式により、光半導体装置が製
造されている。その中でも、エポキシ樹脂組成物による
トランスファーモールドでの樹脂封止は、作業性並び
に、量産性の面でも優れている。

【０００３】ここで、この光半導体用の封止材は、透明
性が最重要視されるため、シリカ等の無機質充填材をエ
ポキシ樹脂組成物中に多量に添加することが困難であ
る。このため、成形体において、エポキシ樹脂組成物の
熱膨張係数は約７０ｐｐｍであり、素子とリードフレー
ムの熱膨張係数は約５〜１７ｐｐｍのため、この熱膨張
係数差により発生する応力が非常に大きい。

【０００４】このトランスファーモールドに用いられる
エポキシ樹脂組成物は、金型からの離型性をアップさせ
るために、内部離型剤が一般に添加されている。このた
め、従来の技術では、モールド及びアフターキュアー直
後に、エポキシ樹脂組成物とインナー（素子及びリード
フレーム）が密着していても、その後のバリ取りや半田
メッキ等の後加工時に加わる外部応力により剥離が発生
し易いという問題がある。この様に、後加工時に剥離が
発生すると、その剥離界面から侵入した水分等がアルミ
パッドやアルミ配線等の腐食を引き起こし、導通不良や
リーク不良を引き起こす原因となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の事情に鑑みて、
本発明の課題は、金型との離型性や成型品の外観等を損
なわずに、リードフレームとの密着力の向上を計り、耐
後加工性を向上させること、そして、安定して良好な耐
湿信頼性を確保した樹脂封止型半導体装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、成形体の
剥離界面から浸入する水分等による様々な不良発生や耐
湿信頼性の安定性向上を解決するために様々な研究を重
ねた。ここで、エポキシ樹脂組成物と素子及びリードフ
レームの熱膨張係数差により発生する応力が非常に大き
いため、封止樹脂とリードフレームの界面には非常に大
きな応力が蓄積されている。このため、たとえモールド
及びアフターキュアー後に密着していても、バリ取り工
程で加わる成型品への外部応力や、半田メッキ工程で接
触するアルカノールスルホン酸等の薬品による界面浸食
で発生する剥離を防止することが有効であることに着眼
した。そこで本研究者らは、エポキシ樹脂組成物とリー
ドフレームとの密着力を向上することについて更に研究
を重ねた。

【０００７】その結果、エポキシ樹脂（Ａ成分）と硬化
剤（Ｂ成分）と硬化促進剤（Ｃ成分）とを含有し、更に
加えて下記一般式：

【０００８】

【化１】

【０００９】で表されるメルカプト基含有シラン化合物
（Ｄ成分）を添加したエポキシ樹脂組成物では、上記Ｄ
成分中の硫黄原子がリードフレームの材質である金属と
電気的に錯体を形成し、より強固にエポキシ樹脂組成物
とリードフレームの密着力が形成されることを突き止め
た。更には、この成分Ｄを予めＡ成分と前反応させた
り、或いは、このＤ成分を予め加水分解させることによ
り、更に均一で強固な密着力が得られることを見いだし
た。また、一般に光半導体用途に用いられているリード
フレームの表面に銀メッキの施された銀メッキリードフ
レームにおいては、この密着力の著しい向上が達成され
た。このため、バリ取り工程で外部応力が加わったり、
半田メッキ工程で薬品が接触しても剥離が発生せず、剥
離界面から浸入する水分等による様々な不良発生や耐湿
信頼性の安定性向上が図れることを見いだし本発明に至
った。

【００１０】本発明は、上記課題を達成するために成分
として、エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤を含むエポ
キシ樹脂組成物において、メルカプト基含有シラン化合
物をも含有することを特徴とする。本発明は、また、半
導体素子をエポキシ樹脂組成物で封止してなる半導体装
置において、前記エポキシ樹脂として上記本発明のエポ
キシ樹脂組成物が使用されていることを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、この発明を詳しく説明す
る。本発明に用いたエポキシ樹脂組成物はＡ：エポキシ
樹脂Ｂ：硬化剤Ｃ：硬化促進剤Ｄ：上記一般式で
表されるメルカプト基含有シラン化合物の必須成分から
成るものである。

【００１２】上記Ａ成分であ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持っていれば特に制限
はないが、光半導体用エポキシ樹脂組成物には比較的着
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等が挙
げられる。又、これらを単独でも併用して用いても差し
支えない。

【００１３】上記Ｂ成分である硬化剤としては、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
導体用エポキシ樹脂組成物には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等がある。この他にアミ
ン系硬化剤も挙げられるが、硬化時の変色が大きいため
使用する際は添加量等に注意を要する。又、これらを単
独でも併用して用いても差し支えない。

【００１４】このＢ成分の含有量は、エポキシ樹脂１当
量に対して硬化剤の当量を０．５〜１．５の範囲に設定
することが好ましく、特に好ましくは０．７〜１．０で
ある。硬化剤の当量が０．５未満であれば離型性が悪
く、１．５を越えると吸湿が増加し、信頼性が悪くなる
傾向がある。上記Ｃ成分であ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があるもの
であ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、
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等の有機塩類
等が挙げられる。又、これらを単独でも併用して用いて
も差し支えない。

【００１５】このＣ成分の含有量は、エポキシ樹脂組成
物全体に対して硬化促進剤０．２５〜５wt％の範囲に設
定することが好ましい。硬化促進剤の配合量が０．２５
wt％未満ではゲル化時間が遅くなり、硬化作業性を著し
く低下させる傾向がみられ、逆に５wt％を越えると、硬
化が急速に進み、その結果、発熱が大きくなってクラッ
クや発泡を生じる恐れがある。

【００１６】上記Ｄ成分としては上記一般式で表される
メルカプト基含有シラン化合物を指す。このＤ成分をエ
ポキシ樹脂組成物に添加する際に、そのまま添加しても
差し障りはないが、特に予めＡ成分と前反応したものを
添加することにより、リードフレームとの密着強度が均
一に大きく向上する。また、更には、このＤ成分を予め
加水分解させたＥ成分をＡ成分と前反応することによ
り、リードフレームとの密着強度を更に大幅に向上でき
る。

【００１７】このＤ成分の含有量は、エポキシ樹脂組成
物全体に対して、５wt％以下の添加量になるように配合
することが好ましい。更に好ましくは０．００１〜５wt
％の範囲である。すなわちＤ成分の配合量が０．００１
wt％未満ではリードフレームとの十分な密着力を得難
く、５wt％より上では、組成物のガラス転移点や曲げ強
度等の諸物性の低下や、成型時のブリード等による離型
性の阻害を招く恐れがある。

【００１８】また、エポキシ樹脂組成物中に炭素数１８
以上の直鎖状第一級アルコールのエトキシ化物（成分
Ｆ）を含有することによりリードフレームとの高い密着
性と金型との安定した連続離型性を同時に合わせ持った
エポキシ樹脂組成物を得ることができる。また、この発
明に用いられるエポキシ樹脂組成物は、上記以外に必要
に応じて変色防止剤、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、
希釈剤等を配合しても差し支えない。

【００１９】ここでいう離型剤成分は特に制限されるも
のではないが、例えば、ラウリン酸アマイド等の飽和脂
肪酸モノアマイド類、オレイン酸アマイド等の不飽和脂
肪酸モノアマイド類、Ｎ−ステアリルステアリン酸アマ
イド等の置換アマイド類、メチロールステアリン酸アマ
イド等のメチロールアマイド類、メチレンビスステアリ
ン酸アマイド等の飽和脂肪酸ビスアマイド類、エチレン
ビスオレイン酸アマイド等の不飽和脂肪酸ビスアマイド
類、ｍ−キシレンビスステアリン酸アマイド等の芳香族
系ビスアマイド類等の脂肪酸アマイド等がエポキシ樹脂
組成物への相溶性の点からも光半導体用途に好ましい。
離型剤の配合割合は組成物全体の０．２５〜７．５wt％
であることが好ましい。

【００２０】上記エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹
脂、硬化剤、硬化促進剤とＤ成分、更にはその他添加剤
成分を溶解混合又は溶融混合後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することができる。ま
た、性状が室温で液状の場合は、溶解混合又は溶融混練
までで製造することができる。そして、このようにして
得られたエポキシ樹脂組成物を、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
ることにより、また、液状の場合は、キャスティングや
ポッティング、印刷等の方式で注型、硬化させることに
より、光半導体装置を製造することができる。

【００２１】上記の方法で得たエポキシ樹脂組成物を用
いて以下のように性能評価を行った。（光透過性）分光光度計（（株）日立製作所製）を用
い、厚み１mmのテストピースの可視光領域の光透過率か
ら評価した。（耐湿信頼性）幅１０μｍ、厚み１μｍの櫛形アルミパ
ターンを形成したＴＥＧを搭載した銀メッキを施した４
２アロイリードフレームを１６ＤＩＰ金型を用いてトラ
ンスファー成形を行った。成型品を１２０℃で１６時間
アフターキュアーし性能評価用の１６ＤＩＰ１０パッケ
ージを得た。上記１０パッケージを１２１℃１００％Ｒ
Ｈの条件下で５０時間ＰＣＴ試験を行いオープン不良率
から評価した。（密着性）超音波探査装置（キャノン製）を用いバリ取
り工程後及び半田メッキ工程後の銀メッキリードフレー
ムとの密着性を評価した。（密着強度）銀メッキを施した４２アロイリードフレー
ム、及び銀メッキを施したＣｕフレームを用い、モール
ド及びタイバーカットを施したリードフレーム部分をイ
ンストロン型引っ張り試験器（島津製作所製）を用い、
２mm／sec.でリード部分の引き抜き強度を評価した。

【００２２】これら評価結果を表１，２にあわせて示し
た。

【００２３】

【実施例】以下に、本発明を実施例及び比較例に基づい
て説明する。（実施例１〜７及び比較例１〜６）実施例及び比較例の
配合成分については下記の物質を表１，２に示した配合
量でそれぞれ用いた。エポキシ樹脂には、ビスフェノー
ルＡ型エポキシ樹脂（ア）（油化シェルエポキシ（株）
製エピコート８２８、エポキシ等量１９５）、ビスフェ
ノールＡ型エポキシ樹脂（イ）（油化シェルエポキシ
（株）製エピコート１００１、エポキシ等量４９０）、
及び、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（ウ）
（住友化学ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ、エポキシ等量１９
５）を単独又は併用して用いた。硬化剤にはテトラヒド
ロ無水フタル酸（エ）（新日本理化（株）製リカシッド
ＴＨ、分子量１５２）、及び、フェノール樹脂（オ）
（群栄化学製ＰＳＭ６２００、フェノール等量１０５）
を単独又は併用して用いた。硬化促進剤には１，８−ジ
アザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（カ）を用
いた。添加剤成分としてはモンタン酸ワックス（キ）
（ヘキスト製ＷＡＸ−Ｓ）、上記Ｆ成分に示す炭素数１
８以上の直鎖状第一級アルコールのエトキシ化物として
平均分子量７００で水酸基等量６５の直鎖状アルコール
に重量比で５０％エトキシ化したもの（ク）（融点１１
０℃、平均分子量１５００）を用いた。また、上記構造
の成分Ｄとしてγ−メルカプトプロピルトリメトキシシ
ラン（東芝シリコーン（株）製、ＴＳＬ８３８０）
（ケ）を用いた。この成分Ｄを成分Ａと予め前反応させ
たものとしては、（ア）と（ケ）を重量比で１：１〜
１：１００の割合で配合し、窒素雰囲気下の環流下で３
０〜６０℃に加温し１〜５時間反応させたものを用い
た。また、上記成分Ｄを予め加水分解させた成分Ｅとし
ては、（ケ）と蒸留水とアルコールを重量比で１００：
１〜１００：１〜１００の割合で混合したものを窒素雰
囲気下の環流下で３０〜６０℃に加温し１〜１０時間加
水分解させたもの（コ）を用いた。成分Ｅを成分Ａと予
め前反応させたものとしては、（ア）と（コ）を重量比
で１：１〜１：１００の割合で配合し、窒素雰囲気下の
環流下で３０〜６０℃に加温し１〜５時間反応させたも
のを用いた。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】表１，２の結果、実施例に示した様に本発
明によると、上記一般式で表されるメルカプト基含有シ
ラン化合物を使用していない組成物（比較例１）に比べ
て、優れた密着性、耐後工程性を有する。また、比較例
２の様にメルカプト基含有シラン化合物をそのまま組成
物に添加するよりも、予めエポキシ樹脂と前反応した
り、メルカプト基含有シラン化合物を予め加水分解した
ものを使用することにより更なる密着性の向上と耐後工
程性が得られる。更に炭素数１８以上の直鎖状第一級ア
ルコールのエトキシ化物を配合することにより、インナ
ーとの密着性と安定した連続離型性を両立させることが
可能となり生産効率も向上できる。また、透明性は現行
と同等の性能を有し、耐湿信頼性もより高い安定性が確
保できる。

【００２７】

【発明の効果】上記より、特に銀メッキの施されたリー
ドフレームを使用した場合の密着性、及び光透過性に優
れたエポキシ樹脂組成物を得ることができる。これによ
りバリ取り工程や半田メッキ工程等の後加工時において
密着性に優れたエポキシ樹脂組成物を提供することがで
きる。また、更にはこれを用いて耐湿信頼性の良好な光
半導体装置が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｎ 23/31 23/30 Ｆ 31/02 31/02 Ｂ 33/00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤を含む
エポキシ樹脂組成物において、メルカプト基含有シラン
化合物をも含有することを特徴とする、封止用のエポキ
シ樹脂組成物。
【請求項２】メルカプト基含有シラン化合物の配合量が
組成物全体に対し０．００１〜５重量％である、請求項
１に記載の封止用のエポキシ樹脂組成物。
【請求項３】メルカプト基含有シラン化合物は、エポキ
シ樹脂と予め反応させたものである、請求項１または２
に記載の封止用のエポキシ樹脂組成物。
【請求項４】メルカプト基含有シラン化合物は、予め加
水分解したものである、請求項１または２に記載の封止
用のエポキシ樹脂組成物。
【請求項５】メルカプト基含有シラン化合物は、予め加
水分解したのち、エポキシ樹脂と反応させたものであ
る、請求項１または２に記載の封止用のエポキシ樹脂組
成物。
【請求項６】炭素数１８以上の直鎖状第１級アルコール
のエトキシ化合物をも含有する、請求項１から５までの
いずれかに記載の封止用のエポキシ樹脂組成物。
【請求項７】半導体素子をエポキシ樹脂組成物で封止し
てなる半導体装置において、前記エポキシ樹脂として請
求項１から６までのいずれかに記載のエポキシ樹脂組成
物が使用されていることを特徴とする樹脂封止型半導体
装置。