(57)【要約】【課題】密着性を良くし、十分な接着強度が得られ、特に、はんだ実装時に発生する剥離、あるいは繰り返し熱的歪みストレスを加えたときの密着性の低下を抑制する。【解決手段】樹脂製のパッケージ台座１において、エポキシ系樹脂以外に含有している充填剤としてＳｉＯ２フィラーを強制的に露出させる。ＳｉＯ２フィラーは、その表面にＯＨ基を有しているため、アクリル系の接着剤２との水素結合により強固に接着する。ブラスト処理などによるパッケージ台座１の樹脂面の表面処理により、ＳｉＯ２フィラーを露出させることにより密着性が向上し、はんだ実装時に発生する剥離、あるいは繰り返し熱的歪みストレスを加えたときの密着性の低下を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂製の構成部材にフィラーが充填されている半導体装置における前記構成部材に光学部材を接着させる光学部材接着方法であって、前記構成部材に対してブラスト処理を施して、前記構成部材の表面から前記フィラーを露出させた後、接着剤により前記構成部材に光学部材を接着することを特徴とする半導体装置に対する光学部材接着方法。
【請求項２】
前記ブラスト処理として、エッチング処理、Ｏ２アッシャー処理、表面研磨処理を採用し、前記構成部材の成型樹脂表面に充填剤であるフィラーを露出させることを特徴とする請求項１記載の半導体装置に対する光学部材接着方法。
【請求項３】
前記構成部材は、成型樹脂中のフィラー含有率が樹脂表面の単位面積あたりのフィラー露出率が１％以上であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置に対する光学部材接着方法。
【請求項４】
前記接着剤としてアクリル系の接着剤を用い、露出したＳｉＯ２系の前記フィラー表面のＯＨ基と水素結合させることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の半導体装置に対する光学部材接着方法。
【請求項５】
前記構成部材の成型樹脂表面に対する前記ブラスト処理のブラスト圧力を、半導体素子を収容する台座内に組み込まれている金属フレーム面、あるいは半導体素子が搭載されるダイパッド面における平均粗さＲａ測定値から算出することを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置に対する光学部材接着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構成部材にフィラーが充填されている半導体装置における構成部材に光学部材を接着させる光学部材接着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のひとつであるホログラムユニットは、記録媒体にレーザ光を照射する半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子から射出されたレーザ光における前記記録媒体からの反射光を回折する光学部材レンズと、半導体レーザ素子を収容するパッケージ台座とを備えた半導体レーザ装置であって、前記パッケージ台座と前記光学部材レンズとが接着剤を介して接着されている。
【特許文献１】特開２００３−７７１６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、パッケージ台座上にアクリル系接着剤を介して光学部材であるホログラムレンズを搭載して接着する場合、アクリル系接着剤と、エポキシ系樹脂が主成分であるパッケージ台座との密着性が悪く、十分な接着後の密着強度が得られないだけでなく、はんだ実装時に発生する剥離現象、あるいは繰り返し熱的歪みストレスを加えたときの密着性の低下が課題であった。特に、車載用のホログラムレンズでは、高い品質が要求され、その中で温度サイクル上の耐性が要望されるものの、その高い耐性を確保することが困難であった。
【０００４】
本発明は、前記従来技術の課題を解決し、半導体装置における構成部材に光学部材を密着性よく接着することができ、十分な接着強度が得られる半導体装置に対する光学部材接着方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するため、樹脂製の構成部材にフィラーが充填されている半導体装置における前記構成部材に光学部材を接着させる光学部材接着方法であって、前記構成部材に対してブラスト処理を施して、前記構成部材の表面から前記フィラーを露出させた後、接着剤により前記構成部材に光学部材を接着することを特徴とし、この構成によって、樹脂製の構成部材に、その機械的強度、大気中の水分吸湿を防ぐために充填されている充填剤としてフィラーを強制的に露出させることにより、フィラーがアクリル系接着剤との水素結合により強固に接着する。このため、接着部分の密着性が大幅に向上し、例えば、はんだ実装時に発生が懸念される樹脂表面と接着剤との界面に発生する剥離現象、あるいは繰り返し熱的歪みストレスを加えたときの密着性の低下が抑制される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、半導体装置の構成部材であるパッケージ台座などにおいて、その成形樹脂材であるエポキシ系樹脂以外に、その機械的強度、大気中の水分吸湿を防ぐ目的のため、例えば、充填剤としてＳｉＯ２系のフィラーを含有しており、このフィラー（ＳｉＯ２）を強制的に露出させることにより、ＳｉＯ２が、その表面に極性基であるＯＨ基を有しているため、アクリル系接着剤などとの水素結合により強固に接着することが可能になる。
【０００７】
前記フィラーを露出させるには、ブラスト処理などの構成部材の樹脂面に対する表面処理によって露出させることができ、これにより本発明では、接着部の密着性が大幅に向上し、はんだ実装時に発生が懸念されるパッケージ台座の樹脂表面と接着剤との界面に発生する剥離現象、あるいは繰り返し熱的歪みストレスを加えたときの密着性の低下を抑制することができる。
【０００８】
これにより、車載用途への適用が多いホログラムユニットにおいて、車載要求レベルへの品質向上が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１は本発明に係る半導体装置に対する光学部材接着方法の実施形態を説明するための半導体装置の一例であるホログラムユニットの断面図である。
【００１１】
図１において、ホログラムユニット７は、光学部材であるレンズ３が接着剤２を介してパッケージ台座１の樹脂表面に接着されている。パッケージ台座１には、中央部にダイパッド６が設けられ、かつ外周部に実装用としてリード４が形成されており、ダイパッド６上にダイボンディングにより半導体レーザ素子５が搭載されている。
【００１２】
図２（ａ），（ｂ）は前記ホログラムユニット７におけるパッケージ台座１の表面を模式的に示した説明図である。
【００１３】
図２（ａ）に示すように、ブラスト処理などの表面処理を行う前、つまり金型成型直後では充填剤であるＳｉＯ２系フィラー１１は単位面積当りでみた場合、ほとんど露出していない。一方、ブラスト処理などの表面処理を実施した場合は、図２（ｂ）に示すように、パッケージ台座１の樹脂表面に充填剤であるＳｉＯ２系フィラー１１を露出させることができる。
【００１４】
ブラスト処理は、一般に、樹脂表面に残存する離型剤の除去、あるいは汚れの除去、その他、強制的に凹凸を形成することにより、接着剤との密着においてアンカー効果が期待され、実施されることが多い。本実施形態では、それ以外に、充填剤であるＳｉＯ２系フィラー１１の露出率と、前記接着剤２との密着性に着目した点に新規性がある。
【００１５】
充填剤としてのフィラーの材質は、一般にシリカＳｉＯ２を用いている場合が多く、その表面にはＯＨ基などの極性基を有しているため、接着剤２との強固な接着が期待される。特に、接着剤２としてアクリル系を用いた場合、接着剤２におけるカルボニル基Ｃ−Ｏ中のＯと、ＯＨ基のＨとが水素結合によって高い密着性を有す。電気陰性度の大きい原子Ｏと結合している水素Ｈが電子を引き寄せ、＋チャージを帯びることにより静電引力を発現するためと考えられる。この特性を利用するために、パッケージ台座１の樹脂表面に前述のように充填剤であるＳｉＯ２系フィラー１１を露出させることによって接着剤２との密着性を向上させることが可能になる。
【００１６】
充填剤であるＳｉＯ２フィラー１１が露出していない場合、すなわち、主としてＣ元素とＨ元素からエポキシ系樹脂表面へアクリル系接着剤を密着させる場合は、極性基を有していない状態での密着となるため、ファンデルワールス力を主とした結合となり、非常に密着性が低い状態で接着することとなって、実装における加熱処理によって剥離現象が発生するなど、はんだ耐熱性が弱い懸念がある。さらに繰り返し熱的歪ストレス試験である温度サイクル試験の耐性が極端に弱いなどの品質上の懸念がある。接着剤２がアクリル系である場合、一般的にアクリル系は線膨張係数が大きく、ホログラムユニット７に使用される光学部材であるレンズ３や、パッケージ台座１のエポキシ系樹脂と比較しても１桁の差があり、温度サイクル試験などを実施した場合の材料間に発生する応力は、一般的な接着剤と比較して大きくなることが予想されるため、より大きな密着強度を要求される。
【００１７】
図３はブラスト処理の圧力に依存してパッケージ台座１の樹脂表面における単位面積あたりの充填剤であるＳｉＯ２系フィラー１１の露出率をグラフ化した説明図である。
【００１８】
ブラスト処理の圧力が高いほど、ほぼ比例して充填剤であるＳｉＯ２系フィラー１１の露出率が高くなる傾向にある。ブラスト処理未実施の場合、単位面積あたりの露出率は１％未満であるのに対し、ブラスト処理を実施した場合は１％を超え、さらにブラスト圧力を高めるほど、その露出率は大きくなる傾向が見られる。圧力を上げるほど露出率が向上し、接着剤２との密着性向上が期待されるが、他の部位への影響についても検証する必要がある。
【００１９】
例えば、リード４やダイパッド６の金属面へもブラスト処理される場合、インナーリード部に対してはワイヤーボンディング性、ダイパッド６部分へのダイボンディング性の低下、リード４部分に対しては、実装におけるはんだとの相性、いわゆる、はんだ付け性の低下などを慎重に考慮する必要がある。
【００２０】
ブラスト処理条件の最適化により、充填剤であるＳｉＯ２系フィラー１１の単位面積あたりの露出率を２％以上とすると、パッケージ台座１と接着剤２との密着において、車載用のものの品質要求レベルである温度サイクル試験（−４０℃〜８５℃）１０００サイクルの耐性確保が可能となる。
【００２１】
本実施形態のように、接着剤２により接着するとき、アクリル系の接着剤を用いた場合、露出した充填剤であるＳｉＯ２系フィラー１１表面のＯＨ基と水素結合により、ＳｉＯ２系フィラー１１表面を露出させない場合の分子間力による結合に対し１．５倍以上の接着強度を有することが検証された。
【００２２】
ブラスト処理により充填剤であるＳｉＯ２系フィラー１１が露出する機構は、前述のとおりであるが、充填剤であるＳｉＯ２系フィラー１１の露出率を管理する方法として、ＳＥＭ／ＥＤＸによる確認方法がある。
【００２３】
しかし、前記方法を実際の量産工程に適用した場合、多大な工数と時間が発生することが容易に推測できるため、代替となる管理方法を検討した結果、ブラスト処理圧力とダイパッド６の金属面の表面粗度とに強い相関が見られ、ブラスト処理の圧力が高いほど、ほぼリニアに表面粗度が大きくなる傾向が見られた。
【００２４】
本実施形態において、ダイパッド６の金属表面の粗度に対し規格を設け、工程管理することにより高い精度で、多大な工数をかけず管理することが可能となる。パッケージ台座１の樹脂表面の粗度はもともと金型成型していることもあり、ダイパッド６の金属面に対してフラットでないため、バラツキも大きく、工程管理として適さない。しかし、ブラスト処理には様々な方法が考えられるため、スラリー濃度やビーズ形状，水圧，ブラストエリア面積など種々パラメータの条件振りにより、ダイパッド６の金属面の表面粗度（平均粗さＲａ測定値）とブラスト条件との相関を検証した上で、粗度の管理規格を決定する必要がある。
【００２５】
充填剤であるＳｉＯ２系フィラー１１を露出させる方法として、ブラスト処理以外にも、パッケージ台座１の樹脂表面をケミカル的に溶解できる発煙硝酸などを用いて、化学的にエッチングすることによりＳｉＯ２系フィラー１１を露出させる方法、あるいはパッケージ台座１の樹脂表面を物理的に平面研磨等により数μｍ削ることにより、ＳｉＯ２系フィラー１１を露出させることも可能と考えられる。
【００２６】
さらに、パッケージ台座１の樹脂表面に対するＯ２アッシング処理によって樹脂成分のみを灰化し、充填剤であるＳｉＯ２系フィラー１１を露出させる方法、あるいはパッケージ台座１に使用する樹脂材料中の充填剤であるＳｉＯ２系フィラー１１の含有率を、その樹脂の諸特性が所望の特性を満足できる限界まで高めることによっても前述の密着性向上の効果が期待される。
【００２７】
いずれの方法でも充填剤であるＳｉＯ２系フィラー１１の単位面積あたりの露出率を２％以上とすると、車載用のものの品質要求レベルである温度サイクル試験（−４０℃〜８５℃）１０００サイクルの耐性確保が可能となる。
【００２８】
また、充填剤であるＳｉＯ２系フィラー１１を露出させることによる密着性向上効果は、必ずしも充填剤フィラーである必要はなく、ホログラムユニット７におけるパッケージ台座１の樹脂表面へ、接着剤２としてアクリル系を用いて光学部材であるレンズ３を接着する以外の用途へも応用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、ホログラムユニットなどの各種半導体装置における成形樹脂である構成部品に、アクリル系接着剤を用いて光学部材を接着する方法として適用され、特に、車載用途への適用が多いホログラムユニットにおいて、車載要求レベルへの品質向上が可能であって有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る半導体装置に対する光学部材接着方法の実施形態を説明するための半導体装置の一例であるホログラムユニットの断面図
【図２】（ａ），（ｂ）は本実施形態のホログラムユニットにおけるパッケージ台座の表面を模式的に示した説明図
【図３】本実施形態に係るブラスト処理の圧力に依存してパッケージ台座の樹脂表面における単位面積あたりのＳｉＯ２系フィラーの露出率をグラフ化した説明図
【符号の説明】
【００３１】
１  パッケージ台座
２  接着剤
３  光学部材（レンズ）
４  リード
５  半導体レーザ素子
６  ダイパッド
７  ホログラムユニット
１１  充填剤（ＳｉＯ２系フィラー）
【図１】
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【図２】
2008146750.tif 000004
【図３】
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