(57)【要約】【課題】金属バンプを介して、受発光部とを有する半導体部品と光・電気複合回路を有する回路基板とを接続してなる光モジュールにおいて、金属バンプの補強と光結合部での透過損失低減とを両立できる透光性封止材料、この透光性封止材料で封止してなる光モジュール、その光モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】本発明の透光性封止材料が、半導体部品４（４ａ、４ｂ）と、回路基板７とを具備し、受発光部３と、結合器１２とを対向させ、かつ、電極２と、電極５とを金属バンプ８で接続する光モジュール１（１ａ、１ｂ）の隙間９を封止する透光性封止材料１０であって、これが、所定のアルキルポリエーテルアミン類等を含有するエポキシ樹脂組成物であるので、高い透光性を確保しつつ、金属バンプ補強時のフィレット形成性が、向上する結果、温度サイクル性を向上し得ることとなる。【選択図】        図１
2004203943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極および受発光部を有する半導体部品と、第２の電極、光導波路および該光導波路に設けられた結合器を有する回路基板とを具備していて、前記受発光部と、前記結合器とを対向させ、かつ、前記第１の電極と、前記第２の電極とを金属バンプで接続する光モジュールの、前記半導体部品と前記回路基板との間に形成された隙間を封止する透光性封止材料であって、該透光性封止材料が、エポキシ樹脂と、硬化触媒と、下記の式（Ａ）で示される化合物又は下記の式（Ｂ）で示される化合物の少なくとも一方を含有し、かつ、前記下記の式（Ａ）で示される化合物又は下記の式（Ｂ）で示される化合物の少なくとも一方を、前記該透光性封止材料全質量に対して０．０１質量％〜１質量％含有することを特徴とする透光性封止材料。
【化１】
2004203943.tif 000010
【請求項２】
前記透光性封止材料が、硬化後の８５０ｎｍでの透過損失が０．５ｄＢ／ｃｍ以下であり、ガラス転移温度が１４０℃以上であることを特徴とする請求項１記載の透光性封止材料。
【請求項３】
前記硬化触媒がエポキシ樹脂の自重合を進めるカチオン重合触媒であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の透光性封止材料。
【請求項４】
オキセタン樹脂を含有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の透光性封止材料。
【請求項５】
アビエチン酸、セバシン酸、グリセリン、フェニルアラニン、ソルビタンエステルの中の少なくとも１種類以上を組成物全体に対して０．１質量％〜１０質量％含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の透光性封止材料。
【請求項６】
第１の電極および受発光部を有する半導体部品と、第２の電極、光導波路および該光導波路に設けられた結合器を有する回路基板とを具備していて、前記受発光部と、前記結合器とを対向させ、かつ、前記第１の電極と、前記第２の電極とを金属バンプで接続する一方、前記半導体部品と前記回路基板との間に形成された隙間を請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の透光性封止材料で封止してなることを特徴とする光モジュール。
【請求項７】
第１の電極および受発光部を有する半導体部品と、第２の電極、光導波路および該光導波路に設けられた結合器を有する回路基板とを具備する光モジュールの製造方法であって、前記受発光部と、前記結合器とを対向させ、かつ、前記第１の電極と、前記第２の電極とを金属バンプで接続した後、前記半導体部品と前記回路基板との間に形成された隙間を請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の透光性封止材料で封止してなることを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項８】
第１の電極および受発光部を有する半導体部品と、第２の電極、光導波路および該光導波路に設けられた結合器を有する回路基板とを具備していて、前記受発光部と、前記結合器とを対向させ、かつ、前記第１の電極と、前記第２の電極とを金属バンプで接続する光モジュールの製造方法であって、前記半導体部品の前記回路基板側の面、または前記回路基板の前記半導体部品側の面の少なくとも一方に塗布された請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の透光性封止材料を介して前記半導体部品と前記回路基板とを相互に接触せしめ、加熱することにより、前記第１の電極と、前記第２の電極とを金属バンプを介して融着、接続する一方、前記透光性封止材料を熱硬化せしめ、前記半導体部品と前記回路基板との間に形成された隙間を前記透光性封止材料で封止してなることを特徴とする光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受光素子及び／又は発光素子を有する光半導体部品を、光導波路と電気・電子回路とを併有する複合回路基板へ表面実装してなる光半導体モジュール（部品）において、上記表面実装に用いられる透光性封止材料、この透光性封止材料で封止してなる光モジュールおよびその光モジュールの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、信号伝送の高速化・大容量化や電磁波ノイズへの耐性アップ、あるいは金属配線の軽量化等の目的で、銅配線による電気信号の伝達・伝送から、電気・電子情報をいったん光信号に変換して、その光を光導波路内に閉じこめて伝送し、最後は光信号を電気・電子情報に再変換するという、いわゆる光伝送が使用されつつある。従前、この光伝送の分野では、光ファイバーを使用した長距離伝送が主流であったが、近時のコンピュータ、及び、その関連装置の高速化により、最近では、工場内や、自動車あるいは一般家庭において使用される装置内にも、光伝送が使用されようとしている。
【０００３】
この場合、電気によって駆動される表面実装型の、光素子（発光素子や受光素子）あるいは光素子を内蔵する部品（モジュールやハイブリッドＩＣなど）の為に必要な電気配線と、その光を入出する光回路（光配線）あるいは光素子が、同一回路基板あるいはモジュールの内部に共存する、いわゆる光・電気複合回路の形態をとるのが通例である。この際、光素子や光素子を内在する部品を表面実装するのは、実装面積極小化と、回路基板側−表面実装品の間の光結合の位置合わせを簡単、高精度で行うためであって、その目的に最も合致する実装の方式は、フリップチップ方式やＣＳＰ（チップスケールパッケージ）方式と呼ばれる金属バンプを用いる方式である。この場合、回路面の電極と光素子側の電極の間は、金属バンプを介して電気的・機械的に接続されることとなる。
【０００４】
これらの方式は、従来、主として、光機能の無い半導体素子や部品に対して適用されてきた技術である。具体的には、例えば、予め半導体チップの回路の端子電極上に密着金属や拡散防止金属の蒸着膜を形成し、さらにその上にメッキによりハンダの突起電極である金属バンプを形成しておく。次に、この金属バンプを回路基板の電極に対向するように半導体チップをフェースダウンにし、高温に加熱することによって、金属バンプを形成するハンダを回路基板の電極に融着させ、半導体チップを回路基板に実装するというものである。かかる実装方式は、金属バンプによる接続後の機械的強度が強く、また接続が一括にできる等の利点を有すること等から有効な方法であるとされている。
【０００５】
一方、Ｃ４（Controlled Collapse Chip Connection）と呼ばれるフリップチップ実装方式に関しては、特開平６−６１３０３号公報等に示されているように、半導体チップと回路基板（上記公報においては、チップ担体等と記載）とを接続するハンダ結合物の信頼性を確保するために、半導体チップと回路基板との間の間隙に封止材料（上記公報においては、封入剤等と記載）を充填するようにしたハンダ相互結合物構造とその製造方法が提案されている。
【０００６】
またＯＭＢ（Other Metal Bonding）と呼ばれる実装方式では、半導体チップと回路基板とがハンダで形成された金属バンプと金による異種金属間接合で接合されるとともに、半導体チップと回路基板との間の隙間に液状の封止材料を充填する封止が行われている。
【０００７】
さらに上記のベアチップ実装以外のものとしては、例えば、チップスケールパッケージ（ＣＳＰ）やボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）等のように、半導体チップと同程度以上の大きさを有する半導体パッケージを回路基板に実装するにあたって、多ピン化や高密度化を可能とするために、上記のような半導体パッケージに金属バンプを設け、回路基板と電気的に接続するようにした形式のものも増えてきている。
【０００８】
これらの先行技術において、液状の封止材料が必要とされる最大の理由としては、半導体チップが回路基板に実装された半導体部品の温度サイクル性を高めるということが挙げられる。通常、半導体チップと回路基板との熱膨張係数は異なるものであり、従って、実使用条件下では金属バンプ近傍に熱サイクルがかかり、これにより繰り返し剪断応力が働き、当該金属バンプ近傍に疲労現象が起こることとなる。そのため、封止材料を使用しない未封止の半導体部品においては、かかる応力を分散させることができず、容易に金属バンプにクラック等が生じて破壊が起こることとなる。これに対し、封止材料により封止された半導体部品においては、この封止材料が応力を分散させる役割を担うため、金属バンプの破壊を防止し得ることとなる。
【０００９】
さらに、近年、利用者が急増している携帯電話やパーソナルハンディフォンシステム（ＰＨＳ）に代表される携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）には、ＣＳＰやＢＧＡ等の半導体パッケージが実装されているが、このような携帯情報端末の使用環境を考慮すると、上記の半導体パッケージ等に落下衝撃力や折り曲げ応力等の動的応力がかかることは十分に考えられる。従って、このような動的応力による金属バンプの破壊を防止するためにも、液状の封止材料が必要とされることとなる。
【００１０】
一方、表面実装型の発光素子である面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）においては、その発光波長が８５０ｎｍのものの商業生産が進んでいて、一般的な長距離光通信において使用される半導体レーザーの波長である１３００ｎｍ（１．３μm）又は１５５０ｎｍ（１．５５μm）とは異なる。光素子や光部品の受発光部と、回路基板の間で光の結合（電気の分野では接続というが、光の分野では結合という）においては、光の透過損失を減らす為に、両者の間に、使用する光の波長において透明で且つ屈折率が導波路側表面の物質に近いオイル状のものを配置する事が行われている。これはマッチングオイルと呼ばれている。実際にはオイルである場合と、後でＵＶ光を照射すると硬化し、マッチングオイルとしての機能と固定化の機能を持つ光用途の接着剤である場合がある。これらの光用途の接着剤は、通常、ＵＶ硬化性であり、いわゆるアンダーフィル用途に適用した場合には、フェイスダウンで金属バンプにより接合された隙間は、回路基板とチップやパッケージに覆われているため、その内部まで光が届かず、全体を充分に硬化することができないため、結果的に金属バンプの補強効果を充分に発揮できないという問題があった。
【００１１】
したがって、上記既存のアンダーフィル封止材料、或いは、ノーフロー封止材料においては、多くの場合、金属バンプの補強効果や封止特性を向上させる目的で、充填材や各種添加剤、着色成分等を添加することを余儀なくされ、これにより、結果的に光用途の接着剤において重要視されるべき透光性の確保が困難になるという問題を招来していた。
【００１２】
このように、光素子あるいはそれを内蔵する半導体部品と、光・電気複合回路とを金属バンプによって電気的に接続し、その位置決めと同時に光結合をも行う半導体モジュールにおいては、金属バンプの補強と光の透過損失低減を同時に達成する有効な手段がないということが最大の問題であった。
【００１３】
【特許文献１】
特開平６−６１３０３号公報  （第２頁〜第３頁  ［特許請求の範囲］、第３頁段落［０００１］〜第４頁  段落［００１４］、第６頁  段落［００４３］〜第７頁  段落［００５０］、第７頁  図１）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、金属バンプを介して、受発光部とを有する半導体部品と光・電気複合回路を有する回路基板とを接続してなる光モジュールにおいて、金属バンプの補強と光結合部での透過損失低減とを両立でき、結果として、その信頼性を高めることができる透光性封止材料、この透光性封止材料で封止してなる光モジュールおよびその光モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る透光性封止材料にあっては、第１の電極および受発光部を有する半導体部品と、第２の電極、光導波路および該光導波路に設けられた結合器を有する回路基板とを具備していて、前記受発光部と、前記結合器とを対向させ、かつ、前記第１の電極と、前記第２の電極とを金属バンプで接続する光モジュールの、前記半導体部品と前記回路基板との間に形成された隙間を封止する透光性封止材料であって、該透光性封止材料が、エポキシ樹脂と、硬化触媒と、下記の式（Ａ）で示される化合物又は下記の式（Ｂ）で示される化合物の少なくとも一方を含有し、かつ、前記下記の式（Ａ）で示される化合物又は下記の式（Ｂ）で示される化合物の少なくとも一方を、前記該透光性封止材料全質量に対して０．０１質量％〜１質量％含有することを特徴とするものである。なお、ここでいう半導体部品には、半導体チップを含むものとする（以下、同じ。）。また、ここでいう結合器とは、光回路内で光を（多くの場合、９０度）曲げる部位をいい、マイクロミラー、プリズム、グレーティング等が例示できる（以下、同じ。）。
【化２】
2004203943.tif 000003
【００１６】
請求項２に係る透光性封止材料にあっては、請求項１記載の透光性封止材料において、前記透光性封止材料が、硬化後の８５０ｎｍでの透過損失が０．５ｄＢ／ｃｍ以下であり、ガラス転移温度が１４０℃以上であることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項３に係る透光性封止材料にあっては、請求項１または請求項２記載の透光性封止材料において、前記硬化触媒がエポキシ樹脂の自重合を進めるカチオン重合触媒であることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項４に係る透光性封止材料にあっては、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の透光性封止材料において、オキセタン樹脂を含有することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項５に係る透光性封止材料にあっては、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の透光性封止材料において、アビエチン酸、セバシン酸、グリセリン、フェニルアラニン、ソルビタンエステルの中の少なくとも１種類以上を組成物全体に対して０．１質量％〜１０質量％含むことを特徴とするものである。
【００２０】
請求項６に係る光モジュールにあっては、第１の電極および受発光部を有する半導体部品と、第２の電極、光導波路および該光導波路に設けられた結合器を有する回路基板とを具備していて、前記受発光部と、前記結合器とを対向させ、かつ、前記第１の電極と、前記第２の電極とを金属バンプで接続する一方、前記半導体部品と前記回路基板との間に形成された隙間を請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の透光性封止材料で封止してなることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項７に係る光モジュールの製造方法にあっては、第１の電極および受発光部を有する半導体部品と、第２の電極、光導波路および該光導波路に設けられた結合器を有する回路基板とを具備する光モジュールの製造方法であって、前記受発光部と、前記結合器とを対向させ、かつ、前記第１の電極と、前記第２の電極とを金属バンプで接続した後、前記半導体部品と前記回路基板との間に形成された隙間を請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の透光性封止材料で封止してなることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項８に係る光モジュールの製造方法にあっては、第１の電極および受発光部を有する半導体部品と、第２の電極、光導波路および該光導波路に設けられた結合器を有する回路基板とを具備していて、前記受発光部と、前記結合器とを対向させ、かつ、前記第１の電極と、前記第２の電極とを金属バンプで接続する光モジュールの製造方法であって、前記半導体部品の前記回路基板側の面、または前記回路基板の前記半導体部品側の面の少なくとも一方に塗布された請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の透光性封止材料を介して前記半導体部品と前記回路基板とを相互に接触せしめ、加熱することにより、前記第１の電極と、前記第２の電極とを金属バンプを介して融着、接続する一方、前記透光性封止材料を熱硬化せしめ、前記半導体部品と前記回路基板との間に形成された隙間を前記透光性封止材料で封止してなることを特徴とするものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。なお、本発明の透光性封止材料、光モジュール、及び、光モジュールの製造方法は、下記の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。ここで、図１は、本発明の実施形態である光モジュールの要部を示すもので、（ａ）は、第１の電極２および受発光部３を有する半導体チップ４ａと、第２の電極５、光導波路６および光導波路６に設けられた結合器１２を有する回路基板７とを具備していて、受発光部３と、結合器１２とを対向させ、かつ、第１の電極２と、第２の電極５とを金属バンプ８で接続する光モジュール１ａを示す断面図、（ｂ）は、第１の電極２および受発光部３を有する半導体部品（半導体パッケージ）４ｂと、第２の電極５、光導波路６および光導波路６に設けられた結合器１２を有する回路基板７とを具備していて、受発光部３と、結合器１２とを対向させ、かつ、第１の電極２と、第２の電極５とを金属バンプ８で接続する光モジュール１ｂを示す断面図である。以下、上記の内容について順に説明する。
【００２４】
本発明の透光性封止材料にあっては、第１の電極２および受発光部３を有する半導体部品４と、第２の電極５、光導波路６および光導波路６に設けられた結合器１２を有する回路基板７とを具備していて、受発光部３と、結合器１２とを対向させ、かつ、前記第１の電極２と、前記第２の電極５とを金属バンプ８で接続する光モジュール１の、半導体部品４と回路基板７との間に形成された隙間９を封止する透光性封止材料１０であって、透光性封止材料１０が、エポキシ樹脂と、硬化触媒と、下記の式（Ａ）で示される化合物又は下記の式（Ｂ）で示される化合物の少なくとも一方を含有し、かつ、下記の式（Ａ）で示される化合物又は下記の式（Ｂ）で示される化合物の少なくとも一方を、前記該透光性封止材料全質量に対して０．０１質量％〜１質量％含有することを特徴とするものである。
【化３】
2004203943.tif 000004
【００２５】
本発明の透光性封止材料において使用可能なエポキシ樹脂としては、室温におけるエポキシ樹脂組成物が液状となれば、特に限定されるものではなく、市販されている液体エポキシ樹脂や固体エポキシ樹脂を適宜使用することができる。固体エポキシ樹脂を使用する場合は、有機溶剤などに溶解させる等して液状のエポキシ樹脂組成物を調製することができる。エポキシ樹脂の具体例としては、脂環式エポキシ樹脂、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、ビフェニル骨格を有するビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有するジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂、脂肪族系エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレート等を挙げることができ、これらの中から１種のみ又は２種以上を選んで使用することができる。なお、ここでいうエポキシ樹脂組成物とは、未硬化のエポキシ樹脂、硬化触媒の他、硬化剤、充填材（フィラー）等を含んでなり、硬化後にエポキシ組成物硬化体よりなる絶縁層を形成する混合物（溶媒を除く。）をいう（以下、同じ。）。
【００２６】
特に、上記のエポキシ樹脂の中では、脂環式エポキシ樹脂、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、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂のうちの少なくとも１種を使用することが好ましく、これによってエポキシ樹脂組成物の粘度を低下させるとともに硬化物の物性を向上させることができることとなる。
【００２７】
また本発明においては、上記の式（Ａ）で示される化合物、又は式（Ｂ）で示される化合物を添加剤として、エポキシ樹脂組成物全量に対して０．０１〜１質量％含有させることが好ましい。より好ましい含有率は０．０５〜０．５質量％である。これらの化合物の含有率が０．０１質量％未満であると、組成物と被封止物の濡れ性と、組成物の流動性が低下し、半導体チップ４ａあるいは半導体パッケージ４ｂの外周部と回路基板７との間に形成されるべきフィレット１１が形成されにくくなり、熱応力によるダメージを受けやすくなる。一方、含有率が１質量％を超えると、耐湿信頼性の低下や組成物の貯蔵可能期間が短くなる等の問題が生じ易い。
【００２８】
ここで、式（Ａ）で示される化合物は、アルキルポリエーテルアミンであり、ヒドロキシエチルラウリルアミン、ポリエチレングリコールラウリルアミン、ポリエチレングリコールステアリルアミン等があり、１分子中のエチレングリコールの基数が１〜１０のものを用いることができる。一方、式（Ｂ）で示される化合物は、ポリエチレングリコールアルキルフェノールエーテルであり、ポリエチレングリコールノニルフェノールエーテルやポリエチレングリコールオクチルフェノールエーテル等があり、それぞれポリエチレングリコールの鎖長が２〜１５のものを用いることができる。これらの化合物は、上記のように、適切な量を本発明の透光性封止材料として使用する未硬化のエポキシ樹脂組成物に添加すると、このエポキシ樹脂組成物の流動性を向上することができる。また、これらの化合物は、単独で使用しても良く、また２種類以上を併用しても良い。
【００２９】
また、本発明においては、熱反応性の硬化触媒を使用するが、これは室温におけるエポキシ樹脂組成物が液状となれば、特に限定されるものではなく、公知の硬化促進剤を適宜使用することができる。例えば、ジアザビシクロアルケン類若しくはその塩、イミダゾール類若しくはその塩、１〜３級のアミン類若しくはその塩、トリアゾール類若しくはその塩、有機金属錯塩、有機酸金属塩、第４級アンモニウム塩、ホスフィン類、ホスホニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、シラノール−アルミニウム錯体類などを１種のみ又は２種以上混合して使用することができる。
【００３０】
さらに、上記のように単一の化学構造を持つもの以外にも、室温に於ける貯蔵安定性が高い、いわゆる一液性エポキシ樹脂とする場合には、イミダゾール骨格を有する化合物を核とするものであってこの核の周囲を熱硬化性樹脂による被膜で被覆して得られる微細球粒子（いわゆるマイクロカプセル）、又はアミンアダクト粒子を硬化促進剤として好適に用いることができる。上記マイクロカプセルは、乳化重合等の一般的な方法により作製することができ、被膜としては、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂、メラミン・ホルムアルデヒド樹脂、エポキシ樹脂を好適に用いることができる。またマイクロカプセルのサイズ（粒径）は、５０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下がさらに好ましく、特に好ましくは５μｍ以下である。このようにサイズが小さくなるほど硬化後の不均一性が少なくなって、透光性に優れる硬化物を得ることができる。
【００３１】
なお、上記のイミダゾール系の核を持つマイクロカプセル型の硬化促進剤としては、例えば、商品名「ノバキュア」として旭化成工業（株）から市販されているものを用いることができる。一方、アミンアダクト粒子とは、ポリアミンと各種エポキシ樹脂とから合成されるものをいい、このアミンアダクト粒子のサイズ（粒径）も上記のマイクロカプセルと同様に、５０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下がさらに好ましく、特に好ましくは５μｍ以下である。そしてサイズが小さくなるほど、硬化物全体を均質とすることができることとなる。なお、アミンアダクト粒子の硬化促進剤としては、例えば、商品名「アミキュア」として（株）味の素から市販されているものを好適に用いることができる。
【００３２】
但し、本発明の透光性封止材料では、エポキシ樹脂の硬化触媒が、エポキシ樹脂の自重合を進めるカチオン重合触媒であるものが特に好ましい。これは透光性の高いエポキシ樹脂のみからなる硬化物を形成することができ、その硬化物はエーテル結合により３次元網目が形成されているので、硬化時の高温や硬化後の環境から受ける高温により、着色しにくいので光導波路に適しているからである。すなわち、このように、本発明の透光性封止材料では、硬化触媒をエポキシ樹脂の自重合を進めるカチオン重合触媒とすることにより、透光性封止材料硬化体の透光性が高く、光結合部での透過損失をさらに低くし得ることとなる。なお、ここでいうカチオン重合触媒は、主として、ＡｌＣｌ3、ＴｉＣｌ4等のルイス酸系のもの、或いは、ジアリールヨードニウム塩、トリアリールスルホニウム塩、鉄−アレーン錯体類、シラノール−アルミニウム錯体類等のカチオン重合開始剤をいう（以下、同じ）。
【００３３】
また、本発明の透光性封止材料においても、透光性や耐熱性等を損なわない限りにおいて、いわゆる硬化剤をも使用できる。具体的には、メチル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等の酸無水物硬化剤や、１分子内にフェノー性水酸基を２つ以上有するビスフェノールＡ・フェノールノボラック・クレゾールノボラック・ナフトールノボラックなどのフェノール系硬化剤や、１級アミンなどの硬化剤が、例示可能であるが、硬化物の透光性を確保する観点からは、上記酸無水物硬化剤がより好ましい。
【００３４】
上記のエポキシ樹脂と硬化剤との化学量論上の反応基のモル比、すなわちエポキシ当量と硬化剤当量との比率（当量比）は、１００：６０〜１００：１２０であることが好ましく、より好ましくは、１００：７５〜１００：１００である。この範囲を外れた場合、つまりエポキシ樹脂のエポキシ当量１００に対して硬化剤の硬化剤当量が６０未満であると、エポキシ樹脂組成物が硬化し難くなったり、硬化しても硬化物の耐熱性が低下したり、硬化物の強度が低下したりするおそれがある。また逆に、硬化剤当量が１２０を超えると、硬化物の耐熱性が低下したり、硬化後の接着強度が低下したり、硬化物の吸湿率が高くなったりするおそれがある。
【００３５】
また、本発明の透光性封止材料においても、カップリング剤として、シランカップリング剤又はチタネートカップリング剤の少なくとも一方を使用することができる。これらを透光性封止材料中に含有させておくと、硬化物と半導体チップ及び回路基板との界面の接着性が向上し、半導体装置の耐湿信頼性を高めることができるというものである。
【００３６】
ここで、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、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、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等のエポキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン等のアミノシラン、３−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シラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のビニルシラン、さらに、エポキシ系、アミノ系、ビニル系の高分子タイプのシラン等を用いることができ、特に、エポキシシラン、アミノシラン、メルカプトシランが好適である。
【００３７】
一方、チタネートカップリング剤としては、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−アミノエチル・アミノエチル）チタネート、ジイソプロピルビス（ジオクチルホスフェート）チタネート、テトライソプロピルビス（ジオクチルホスファイト）チタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシルホスファイト）チタネート、テトラ（２，２−ジアリルオキシメチル−１−ブチル）ビス（ジトリデシル）ホスファイトチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）オキシアセテートチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）エチレンチタネート等を用いることができる。
【００３８】
これらのカップリング剤は、単独で使用しても良いし、２種類以上を混合して使用することもできる。このときカップリング剤の配合率としては、エポキシ樹脂組成物全量に対して０．１〜１質量％が好ましい。
【００３９】
このように、本発明の透光性封止材料は、エポキシ樹脂と、硬化触媒と、下記の式（Ａ）で示される化合物又は下記の式（Ｂ）で示される化合物の少なくとも一方を含有し、かつ、前記下記の式（Ａ）で示される化合物又は下記の式（Ｂ）で示される化合物の少なくとも一方を、前記透光性封止材料全質量に対して０．０１質量％〜１質量％含有しているので、この透光性封止材料の金属バンプ補強時のフィレット形成性が、向上する結果、温度サイクル性を向上し得ることとなる。
【００４０】
一方、かかる透光性封止材料を使用する光モジュールに使用される光源として、最も一般的で、入手の容易な面発光レーザーを想定した場合、その波長である８５０ｎｍにおける透光性封止材料硬化体の透過損失が、０．５ｄＢ／ｃｍ以下であることが必要とされる。すなわち、この透過損失が、０．５ｄＢ／ｃｍより大きいと、光部品間での光の透過損失が大きくなり、光モジュール全体の特性低下につながるからである。
【００４１】
また、透光性封止材料硬化体のガラス転移温度（Ｔｇ）は１４０℃以上であることが必要とされる。ガラス転移温度が１４０℃より低いと温度サイクル試験において、金属バンプを補強する効果が薄れ、温度サイクル試験に於いて不良が早期に発生する傾向が認められるからである。一般に、ガラス転移温度が高い方が、温度サイクル性の確保に関しては、有利ではあるが、室温で液状のエポキシ樹脂組成物の硬化物の場合、現実には、２５０℃程度がその上限となる。
【００４２】
このように、本発明の透光性封止材料を、硬化後の８５０ｎｍでの透過損失が０．５ｄＢ／ｃｍ以下であり、ガラス転移温度が１４０℃以上とすることにより、光結合部での透過損失を低くでき、金属バンプの充分な補強効果が確保できることから、透光性封止材料硬化体の充分な温度サイクル性を確保できることとなる。
【００４３】
さらに、本発明の透光性封止材料ではエポキシ樹脂と同時にオキセタン樹脂を併用するのがさらに好ましい。ここでいうオキセタン樹脂とは、エポキシ環よりも炭素が１つ多い、飽和炭素原子３個と酸素原子１個からなる４員環を有する化合物であって、具体的には、東亜合成株式会社が供給している３−エチル−３−（２−エチルヘキシロキシメチル）オキセタン（製品名：ＯＸＴ−２１２）や３−エチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン（製品名：ＯＸＴ−１０１）あるいは１，４−ビス｛［（３−エチル−３−オキセタニル）メトキシ］メチル｝ベンゼン（製品名：ＯＸＴ−１２１）、オキセタニル−シルセスキオキサン（製品名：ＯＸ−ＳＱ）等を例示できる。かかるオキセタン樹脂をエポキシ樹脂と併用すると、透光性の高い硬化物を得ることができるとともに、エポキシ樹脂の硬化開始速度の速さと、オキセタン樹脂の重合成長速度の速さという双方の樹脂の具備する長所の相乗効果により、金属バンプの充分な補強効果が確保できる等、硬化特性の優れたエポキシ樹脂組成物を得ることができることとなる。このように、本発明の透光性封止材料では、オキセタン樹脂を含有せしめることにより、透光性封止材料硬化体の透光性がさらに高く、光結合部での透過損失を一層低くし得る一方、温度サイクル性をも向上させることが可能となる。
【００４４】
また、本発明の透光性封止材料においては、アビエチン酸、セバシン酸、グリセリン、フェニルアラニン、ソルビタンエステルの１種類以上を樹脂組成物全量に対して０．１〜１０質量％含有させることにより、透光性封止材料にハンダの濡れ性などを高めるフラックスとしての機能を付与し、リフロー同時硬化を円滑に行うことが可能となる。
【００４５】
一般に、金属バンプによって電気的に接続する際には、通常ハンダが用いられている。このためハンダ付け時においては、電気的な接続の信頼性を確保するために、ハンダの濡れ性を高めておく必要がある。そして、このような場合にはフラックスが使用され、金属表面の酸化膜除去などの処理が行われているものである。かかるフラックスとしては、アビエチン酸やピマル酸を主成分とする松ヤニ（ロジン）が代表的に用いられている。すなわち、ロジンは錫−鉛系ハンダ用のハンダ付けフラックスとして、また、セバシン酸はその活性剤として知られている。しかしながら、フラックスはハンダ付け時においてのみ必要とされるものであり、これ以降の半導体装置の製造工程、例えば、封止材料による封止の際に、フラックスが残留していると樹脂濡れ不良が発生する等の弊害もある。
【００４６】
一方、通常、使用されるフラックスは、上記したような天然物であるために、不純物を含有することが多く、かかる不純物によって回路に腐食が引き起こされるおそれ等もある。このようなことから、半導体チップと回路基板とを金属バンプによって接合した後の工程では、フラックスを洗浄除去する工程が必要とされる。このような洗浄工程にあたって、過去においてはフレオン等の有機塩素系の溶剤が用いられていたが、この物質はオゾン層を破壊するために近年においては使用が回避されるようになった。そこで最近では、環境への負荷が小さい水を洗浄媒体として使用することができる水溶性フラックスが選定されることが多くなった。しかしながら、このような水溶性フラックスとしては、クエン酸やリンゴ酸などが用いられており、これらのものも従来用いられていたフラックスと同様に、酸性の有機酸であるため、洗浄を完璧に行わなければ回路腐食の原因ともなり得る。
【００４７】
一方、フラックスの選定とともに洗浄プロセスも、フラックスの除去に大きく影響する。例えば、洗浄プロセスとしては一般的に超音波洗浄が行われているものであるが、このような洗浄を強力に行うと、接合されている金属バンプが半導体チップや回路基板から外れてしまう場合がある。従って、金属バンプによる接合部に損傷を与えることなく、洗浄を行うという点も重要である。
【００４８】
以上のように、半導体チップと回路基板とを金属バンプを介してハンダ付けにより行う接合においては、フラックスによる処理とその洗浄とに多くの工程が必要となるとともに、技術的課題も多く金属バンプによる実装における重要な問題点となっている。本願発明者等は、以上の点を踏まえて鋭意検討の結果、不純物混入のおそれがない試薬レベルの純度を有するアビエチン酸、セバシン酸、グリセリン、フェニルアラニン、ソルビタンエステルの１種類以上をエポキシ樹脂組成物全量に対して０．１〜１０質量％含有させることで、エポキシ樹脂組成物の硬化過程におけるフラックスの機能発現と、硬化後の耐湿信頼性確保との両立が可能であることを見出すに至った。
【００４９】
すなわち、これらを含有するエポキシ樹脂組成物を封止材料として使用すれば、フラックス除去の工程が不要となり、金属バンプ実装の工程の簡素化に寄与し得ることとなるが、これらのもののエポキシ樹脂組成物中における含有率が０．１質量％未満であると、フラックスとしての機能を発現することができず、金属バンプと回路基板の電極との接合不良が増加するものであり、逆に、１０質量％を超えると、金属バンプと回路基板の電極との接合不良を低減することはできるが、硬化物の信頼性の低下を引き起こすおそれがある。
【００５０】
この場合において、本発明の透光性封止材料を構成するエポキシ樹脂組成物の２００℃におけるゲルタイムを１〜７分となるようにしておくことが好ましい。すなわち、一般的に、金属バンプを回路基板の電極に溶融接合させるリフロー工程において、リフロー加熱の温度は２００℃以上であり、あるいはハンダの組成によっては最高温度が２４０℃以上となったり、２６０℃以上となったりするものである。このような場合において、予め、エポキシ樹脂組成物の２００℃におけるゲルタイムを１〜７分となるように調節しておけば、リフロー工程終了時には金属バンプと回路基板の電極とが正常に接合されるとともに、エポキシ樹脂組成物が十分に硬化し金属バンプ付近におけるクラック等の破壊を確実に防止することができるからである。
【００５１】
ただし、本発明の透光性封止材料を構成するエポキシ樹脂組成物の２００℃におけるゲルタイムが１分よりも短くなると、樹脂の硬化が早まり、金属バンプと回路基板の電極との溶融接合を妨げ、接合の不良率が高まるおそれがある。逆に、ゲルタイムが７分よりも長くなると、樹脂の硬化が不十分となり、金属バンプ付近において樹脂による応力分散の効果を十分に得ることができなくなり、断線のおそれがある。なお、ゲルタイムを調節するにあたっては、前述した硬化促進剤の種類と含有率とを適宜、調整して用いることによって行うことができる。
【００５２】
このように、本発明の透光性封止材料では、アビエチン酸、セバシン酸、グリセリン、フェニルアラニン、ソルビタンエステルの中の少なくとも１種類以上を組成物全体に対して０．１質量％〜１０質量％含有させることにより、透光性封止材料にフラックスとしての機能を付与することができ、この結果、フラックス除去の工程が不要となり、金属バンプ実装の工程の簡素化に寄与し得ることとなり、特に、リフロー同時硬化を円滑に行うことができるという利点が得られることとなる。
【００５３】
また、本発明の透光性封止材料を構成するエポキシ樹脂組成物においては、実質的に充填材を含有しないエポキシ樹脂組成物であるのが好ましい。すなわち、通常のアンダーフィル封止材料では、金属バンプの補強硬化を高めるために無機充填材を添加する場合が多いが、本発明では、透光性封止材料を通して光結合を行うので、光の回折や散乱を生じさせる恐れのある充填材（フィラー）を含有しないのもが好ましいからである。
【００５４】
さらに、本発明の透光性封止材料を構成するエポキシ樹脂組成物には、本発明の課題解決に支障のない限り、必要に応じて、所定の添加物を配合することもできる。このような物質としては、難燃剤、低弾性化剤、着色剤、希釈剤、消泡剤、イオントラップ剤等を例示することができる。
【００５５】
そして、本発明の透光性封止材料を構成するエポキシ樹脂組成物を調製するにあたっては、一般的には前述した各成分を撹拌型の分散機で混合したり、ビーズミルで分散混合したり、３本ロールで分散混合したりすることによって行うことができるものであるが、これらの方法に限定されるものではない。このようにして得られた本発明の透光性封止材料を構成するエポキシ樹脂組成物は、受発光部３を有する半導体部品４を、光導波路６及び従来の電気良導体からなる電気・電子回路の共存する回路基板７へ実装して製造する光モジュール１において、半導体部品４と回路基板７とを金属バンプ８を用いて電気的に接続することによって行う実装方式における封止材料として用いることができることとなる。
【００５６】
したがって、本発明の光モジュール１は、第１の電極２および受発光部３を有する半導体部品４と、第２の電極５、光導波路６および光導波路６に設けられた結合器１２を有する回路基板７とを具備していて、受発光部３と、結合器１２とを対向させ、かつ、前記第１の電極２と、前記第２の電極５とを金属バンプ８で接続する一方、半導体部品４と回路基板７との間に形成された隙間９を透光性封止材料１０で封止してなるので、光結合部での透過損失を低くでき、充分な温度サイクル性を確保し得ることとなる。具体的には、受発光部３を有する半導体部品４と、光導波路６および光導波路６に設けられた結合器１２を有する回路基板７とを、受発光部３と、結合器１２とを対向させ、一般的にはフリップチップボンダーと呼ばれる実装機を用いて、その半導体部品４を回路基板７に位置決めして搭載する。ここで上記の半導体部品４としては、ベアチップと呼ばれる樹脂などによってパッケージングされていないダイ（チップ）そのもの４ａや、ＣＳＰやＢＧＡと呼ばれている半導体パッケージ４ｂを用いることができる。
【００５７】
回路基板７としては、ＦＲ４やＦＲ５などの繊維基材を含む有機基板、あるいは繊維基材を含まないビルドアップ型の有機基板、さらにポリイミドやポリエステルなどの有機フィルム、アルミナやガラスなどの無機基板等を用いることができる。この場合において、電気的接続がハンダ接合の場合はハンダの融点以上の昇温した後に冷却する。また電気的接続が金接合の場合は前記位置決めし搭載する時点で一般的には超音波などのエネルギーを接合面に加え、金を融着させることで、電気的・機械的な金属バンプ接続を完了する。その後、本発明の透光性封止材料をアンダーフィル封止材料として、半導体部品４の一辺〜三辺に塗布し、毛管現象により電子部品と回路基板の間に浸透させ、少なくとも半導体部品と回路基板の間および、金属バンプ近傍を本発明の透光性封止材料で充填させる。しかる後に、加熱して組成物を硬化させ封止を完了させ、光モジュール１を得ることができる。
【００５８】
このように、上記透光性封止材料をアンダーフィル封止材料として使用する光モジュールの製造方法にあっては、第１の電極２および受発光部３を有する半導体部品４と、第２の電極５、光導波路６および光導波路６に設けられた結合器１２を有する回路基板７とを具備する光モジュールの製造方法であって、受発光部３と、光導波路６とを対向させ、かつ、第１の電極２と、第２の電極５とを金属バンプ８で接続した後、半導体部品４と回路基板７との間に形成された隙間９を透光性封止材料１０で封止するので、光結合部での透過損失が低く、充分な温度サイクル性を確保し得る光モジュールの製造が可能になる。
【００５９】
さらに、上記透光性封止材料をリフロー同時硬化封止材料として使用する、光モジュールの製造方法では、まず金属バンプ８が形成された半導体部品４の回路基板７側の面、又は回路基板７の半導体部品４側の面の少なくとも一方の面に上記の上記透光性封止材料を塗布する。このような半導体部品４に形成される金属バンプ８は、ハンダや金などで形成することができる。次いで、半導体部品４と回路基板７とを、塗布したエポキシ樹脂組成物を挟み込むようにして対向させるとともに、半導体部品４内の受発光部３と回路基板７側の光導波路６に設けられた結合器１２との位置合わせと、半導体部品４に形成されている金属バンプ８と回路基板７の電極５とを位置合わせして接触させる。このように半導体部品４と回路基板７とが上記透光性封止材料を介して接触した状態で、リフロー加熱を行う。このリフロー加熱は、金属バンプ８と回路基板７の電極５とのいずれか低い方の溶融温度以上となるように加温して行うものである。
【００６０】
このときの温度プロファイル、すなわちリフロープロファイルとしては、金属の種類や組成により様々なパターンがある。例えば、金属バンプ８が錫・鉛からなる高融点ハンダ、回路基板７側の電極５として低融点の共晶ハンダをプリコートしたものである場合には、室温から１５０℃に到達するまでに９０秒間かけ、次の９０秒間で２００℃に到達し、２００℃以上を６０秒間維持し、その間における最高温度が２４０℃となるようなパターンを例示することができる。そして、このような温度プロファイルに基づいてリフロー加熱を行うことにより、金属バンプ８又は回路基板７の電極５の少なくともいずれか一方が溶融して他方に溶着されるとともに、透光性封止材料の硬化反応が進行するというものである。この際、上記透光性封止材料のフィレット性は良好であるため、半導体部品の側面から回路基板にかけてフィレット１１が自然に形成されることとなる。
【００６１】
そして、上記のようなリフロー工程の終了時には、半導体部品４と回路基板７とが金属バンプ８によって電気的、光的に接続されるとともに、上記透光性封止材料が硬化完了しているというものである。上述したように、上記透光性封止材料は、ハンダの濡れ性などを高めるフラックスとしての機能をも有するため、半導体部品４と回路基板７との金属バンプ８による接続と、高い透光性のために透過損失を低く抑えた光結合と、上記透光性封止材料による封止とを同時に行うことができ、この結果、従来は必要であったフラックスの除去工程が省略可能となった。なお、透光性封止材料の硬化をより完全にするために、さらに、後硬化（アフターベーク）を行っても良い。このときの硬化条件としては、１２０〜１７０℃の温度で３０分間〜３時間が好ましい。
【００６２】
このようにして製造される光モジュール１にあっては、半導体部品４と回路基板７とは、上記透光性封止材料によって封止されているため、温度サイクル性、耐湿信頼性に優れたものとなる。
【００６３】
さらに、半導体部品４として、ＣＳＰやＢＧＡ等の半導体パッケージ４ｂが回路基板７に実装された光モジュールにあっても、上記透光性封止材料を使用することにより、実使用条件下における衝撃や曲げなどの動的応力に十分対応することができることとなる。
【００６４】
このように、上記透光性封止材料をリフロー同時硬化封止材料として使用する、光モジュールの製造方法では、第１の電極２および受発光部３を有する半導体部品４と、第２の電極５、光導波路６および光導波路６に設けられた結合器１２を有する回路基板７とを具備していて、受発光部３と、結合器１２とを対向させ、かつ第１の電極２と、第２の電極５とを金属バンプ８で接続する光モジュールの製造方法において、半導体部品４の回路基板７側の面、または回路基板７の半導体部品４側の面の少なくとも一方に塗布された上記透光性封止材料を介して半導体部品４と回路基板７とを相互に接触せしめ、加熱することにより、第１の電極２と、第２の電極５とを金属バンプ８を介して融着、接続する一方、前記透光性封止材料を熱硬化せしめ、半導体部品４と回路基板７との間に形成された隙間９を前記透光性封止材料１０で封止してなるので、光結合部での透過損失が低く、充分な温度サイクル性を確保し得る光モジュールの製造が可能となった。
【００６５】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００６６】
（実施例１〜７及び比較例１〜７）
実施例１〜７及び比較例１〜７に関しては、下記の表１、表２に示す配合量（質量部）で、各成分をディスパー[特殊機化工業（株）製]を用いて分散、混合し、透光性封止材料として使用するエポキシ樹脂組成物を調製した。  ここで、表１、表２において使用した原材料は次のものである。
【００６７】
＜エポキシ樹脂＞
樹脂Ａ：品番「セロキサイド２０２１Ｐ」（エポキシ当量１３６[ダイセル化学（株）製]：シクロヘキサン骨格の脂環式エポキシ樹脂）
樹脂Ｂ：品番「ＥＰ−４０８８Ｓ」（エポキシ当量１６６[旭電化工業（株）製]：ジシクロペンタジエン骨格の脂環式エポキシ樹脂）
樹脂Ｃ：品番「ＥＨＰＥ−３１５０」（エポキシ当量１８５[ダイセル化学（株）製]：固形脂環式エポキシ樹脂）
【００６８】
＜オキセタン樹脂＞
樹脂Ｄ：１，４−ビス｛［（３−エチル−３−オキセタニル）メトキシ］メチル｝ベンゼン（製品名：ＯＸＴ−１２１  [東亜合成（株）製]）
【００６９】
＜硬化剤＞
硬化剤Ａ：品番「Ｂ−６５０」（酸無水物当量１６８[大日本インキ化学工業（株）製]：メチルヘキサヒドロ無水フタル酸[ＭＨＨＰＡ]）
硬化剤Ｂ：ジアミノジフェニルメタン（ＤＤＭ）（試薬：[ナカライテスク（株）製]）
【００７０】
＜硬化触媒＞
硬化触媒Ａ：品番「ＳＡ−１０２」（[（株）サンアプロ製]：ジアザビシクロウンデセンのオクチル酸塩）
硬化触媒Ｂ：品番「サンエイドＳＩ−１００Ｌ」（[三新化学工業（株）製]：芳香族スルホニウム塩型のカチオン重合開始剤）
硬化触媒Ｃ：品番「アデカオプトンＣＰ−６６」（[旭電化工業（株）製]：スルホニウム塩型のカチオン重合開始剤）
【００７１】
＜添加剤＞
添加剤Ａ：品番「ナイミーンＬ−２０２」（[日本油脂（株）製]：ポリエチレングリコールラウリルアミン[上記式（Ａ）で示される化合物、ｎ＝１２、ｘ＋ｙ＝２]）
添加剤Ｂ：品番「ノニオンＮＳ−２０４．５」（[日本油脂（株）製]：ポリエチレングリコールノニルフェノールエーテル[上記式（Ｂ）で示される化合物、ｎ＝９、ｍ＝４又は５]）
【００７２】
＜アビエチン酸・セバシン酸・グリセリン・フェニルアラニン・ソルビタンエステル＞
アビエチン酸（試薬：[ナカライテスク（株）製]）
セバシン酸（試薬：[ナカライテスク（株）製]）
グリセリン（試薬：[ナカライテスク（株）製]）
フェニルアラニン（試薬：[ナカライテスク（株）製]）
ソルビタンエステル：品番「ＬＰ−２０Ｒ」（[日本油脂（株）製]：ラウリル酸エステル）
【００７３】
＜無機充填材＞
シリカＡ：、品番「ＳＦＰ−２０Ｘ」（最大粒径０．７μｍ、ＢＥＴ比表面積１８ｍ2／ｇ[電気化学工業（株）製]：球状非晶質シリカ）
【００７４】
【表１】
2004203943.tif 000005
【００７５】
【表２】
2004203943.tif 000006
【００７６】
そして、実施例１〜３及び比較例１〜６及び後述する比較例８で得られたエポキシ樹脂組成物の特性を以下の方法で測定した。測定結果を下記の表３に示す。
【００７７】
（１）ガラス転移温度（Ｔｇ）
透光性封止材料として使用する上記エポキシ樹脂組成物を深さ１ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ５０ｍｍのアルミニウム製容器に充填し、１２０℃で１時間の後、１５０℃で１時間硬化させてテストピースを得た。これを、セイコー電子工業製熱分析システムＤＭＳ１１０で、周波数１０Ｈｚ、昇温速度５℃／分で室温から２６０℃までの粘弾性挙動を計測し、ｔａｎδがピークとなる温度をもって、ガラス転移温度（Ｔｇ）とした。
【００７８】
（２）透過損失
厚み３ｍｍのシリコンゴムシートをスペーサとし、透光性封止材料として使用する上記エポキシ樹脂組成物をガラス板で挟み込んで２０ｍｍ×３０ｍｍの注型品を作成した。硬化条件は１２０℃、１時間の後、１５０℃、１時間である。こうして得たテストピースを（株）島津製作所製  分光光度計  ＵＶ−３１００ＰＣに積分球を搭載したシステムで、８５０ｎｍにおける透過率（Ｔ：単位は％）と入射角を７度ずらして測定する表面反射率（Ｒ：単位は％）を計測する。テストピースの厚みを測定し、その値をｔ（単位はｍｍ）とすると、透過損失は次の式で算出される。
透過損失［ｄＢ／ｃｍ］＝−１０×ｌｏｇ（Ｔ／（１００−Ｒ））／（ｔ／１０）
【００７９】
（３）全損失
回路基板７の端部の導波路端面から光ファイバーでレーザー光を入射させ、回路基板７内の光導波路６を経由して結合器１２であるミラー面（マイクロミラー）で実装面側へ直角に光路を曲げ、フリップチップ実装した半導体パッケージ４ｂであるフォトダイオード（ＰＤ）パッケージで受光するシステムで評価した。ＦＲ５グレードの回路基板７上に、光硬化性エポキシ樹脂からなる５０μｍ角の光導波路６と、光導波路６の光を実装面に曲げるべく配置された４５度傾斜した高さ５０μｍの結合器１２であるミラー面（マイクロミラー）を形成し、その上から樹脂付き銅箔を成形した後、電極５をエッチングで形成した。電極５のうち、フリップチップ実装で３ｍｍ×４ｍｍのインターポーザーからなるＰＤパッケージの高温ハンダボールよりなる金属バンプ８と接続される電極５には、共晶ハンダをプリコートした。ＰＤパッケージを実装し未封止状態で、回路基板端部から波長８５０ｎｍのレーザー光を５０μｍφの光ファイバーで入射し、ＰＤの出力電圧（Ｖ１）を測定した。次に、そのＰＤパッケージの下面に実施例および比較例の液状エポキシ樹脂組成物を浸透させ、１２０℃、１時間の後、１５０℃、１時間の条件で硬化させた。再度、回路基板端部から波長８５０ｎｍのレーザー光を５０μｍφの光ファイバーで入射し、ＰＤの出力電圧（Ｖ２）を測定した。全損失は次の式により決定される。
全損失［ｄＢ］＝−１０×ｌｏｇ（Ｖ２／Ｖ１）
【００８０】
（４）温度サイクル性
前記の全損失評価で説明した手順により、光導波路６を持つ回路基板７にＰＤパッケージを実装し、適宜、封止したサンプルを１０個ずつ選択し、評価用サンプルとした。次いで、これらの評価用サンプルについて、−５５℃で３０分間、室温で５分間、１２５℃で３０分間、室温で５分間を１サイクルとする気相の温度サイクル試験を行い、２０００サイクルまで１００サイクル毎に回路基板７とＰＤの間の金属バンプ８であるハンダボールの電気導通状態確認を行い、良否を判定した。１０個の評価用サンプル中の不良数が、初めて半数以上となった時点の積算サイクル数を求めた。なお、この特性についてのみ、比較例８として、金属バンプ接続後、封止しない評価用サンプルを温度サイクル試験に供した。
【００８１】
（５）フィレット性
前記（４）で評価した半導体装置について、ＰＤパッケージの端部と回路基板７との間にフィレット１１がどの程度形成されているかを観察した。ＰＤパッケージの四辺全てに同程度のフィレット１１が形成されていれば「◎」、程度は異なってもＰＤパッケージの４辺全てにフィレット１１が形成されていれば「○」、１〜３辺にフィレット１１が形成されていて、フィレット１１が形成されていない辺があれば「△」、どの辺にもフィレット１１が形成されていなければ「×」と判定した。
【００８２】
【表３】
2004203943.tif 000007
【００８３】
上記表３に見られるように、実施例１〜３及び比較例１〜３のものと比較例４〜６、８のものとを比較すると、前者はいずれも、光結合部での透過損失が小さく、温度サイクル性にも優れていることが確認される。一方、後者は全損失が劣っていたり、温度サイクル性が低いことが判った。さらに、実施例１〜３のものは、特に、フィレット性に優れており、これらは、温度サイクル性も一段と優れることが判った。すなわち、実施例１〜３のものは、上記の式（Ａ）で示される化合物又は下記の式（Ｂ）で示される化合物の少なくとも一方を含有しているので、この透光性封止材料の金属バンプ補強時のフィレット形成性が、向上する結果、温度サイクル性が、一層、向上したものと考えられる。
【００８４】
さらに、実施例４〜７及び比較例１、４、７で得られたエポキシ樹脂組成物を透光性封止材料として使用する際の特性、特に、リフロー同時硬化封止材料として使用する際の特性に着目して以下の評価を行なった。結果は、下記の表４に示す通りである。
【００８５】
（６）エポキシ樹脂組成物のゲルタイム
２００℃の熱板上に、透光性封止材料として使用する上記エポキシ樹脂組成物を約０．５ｇ置いた時点で計時を開始し、先を尖らせたテフロン（登録商標）製の棒の先端でかき混ぜながら樹脂状態を観察した。樹脂が硬化して粘着性が無くなった時点で計時を終了し、ゲルタイムを求めた。
【００８６】
（７）リフロー後ガラス転移温度
透光性封止材料として使用する上記エポキシ樹脂組成物を深さ１ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ５０ｍｍのアルミニウム製容器に充填し、下記条件でリフロー工程を通過させた。リフロー条件は、室温から１５０℃まで９０秒間で昇温し、１５０℃から２００℃まで９０秒間で昇温し、２００℃から２４０℃まで３０秒間で昇温し、２４０℃から２００℃まで３０秒間で降温し、以後３０秒間で４０〜５０℃の割合で降温し、室温まで冷却した。その後１５０℃１時間の熱処理を施して評価用サンプルとした。これをセイコー電子工業製熱分析システムＤＭＳ１１０で、周波数１０Ｈｚ、昇温速度５℃／分で室温から２６０℃までの粘弾性挙動を計測し、ｔａｎδがピークとなる温度をもって、ガラス転移温度（Ｔｇ）とした。
【００８７】
（８）ハンダバンプの初期接続性（リフロー後）
この試験に用いた回路基板７と半導体部品４は（３）の全損失評価に用いたものと同様であり、次の通りである。すなわち、（３）で述べたように金属バンプ８である高温ハンダボールと接続される電極５に共晶ハンダがプリコートされた光導波路６付きのＦＲ５回路基板７と、３ｍｍ×４ｍｍのインターポーザー上にＰＤが実装され、インターポーザー周辺部に高さ１５０μｍの高温ハンダバンプが形成されたＰＤパッケージを用いた。この回路基板７のＰＤパッケージ搭載部に、各実施例及び比較例の透光性封止材料として使用するエポキシ樹脂組成物をディスペンサーで約０．１ｇ塗布し、回路基板７の電極５と金属バンプ８の位置が合うように、ＰＤパッケージを位置合わせしてＰＤパッケージを回路基板７に押し付け、荷重無しのままリフロー工程を通過させた。リフロー条件は、室温から１５０℃まで９０秒間で昇温し、１５０℃から２００℃まで９０秒間で昇温し、２００℃から２４０℃まで３０秒間で昇温し、２４０℃から２００℃まで３０秒間で降温し、以後３０秒間で４０〜５０℃の割合で降温し、室温まで冷却し、その後１５０℃１時間の熱処理を施して評価用サンプルとした。評価用サンプルの回路基板７の金メッキした電極５にプローブを当てて電気的動作確認を行い、初期接続性を評価した。各々のエポキシ樹脂組成物のものについて２０個の初期接続性を評価した。良品数／全数を下記の表４に記載した。
【００８８】
（９）全損失（リフロー後）
前記（８）で作成し、初期接続性の良好であったサンプルのうちの一つについて、（３）と同様に回路基板端部の導波路端面から光ファイバーでレーザー光を入射させ、回路基板７内の導波路６を経由して結合器１２であるミラー面（マイクロミラー）で実装面側へ直角に光路を曲げ、フリップチップ実装したフォトダイオード（ＰＤ）パッケージで受光したＰＤの出力電圧（Ｖ２）を測定した。未封止時のＰＤ出力電圧（Ｖ１）として、（３）で測定した未封止品の測定値の全平均値を採用し、（３）の式で全損失を決定した。
【００８９】
（１０）温度サイクル性（リフロー後）
前記（８）のハンダバンプの初期接続評価を行ったサンプルに対して、−５５℃で３０分間、室温で５分間、１２５℃で３０分間、室温で５分間を１サイクルとする気相の温度サイクル試験を行い、２０００サイクルまで１００サイクル毎に回路基板とＰＤの間のハンダボールの電気導通状態確認を行い、良否を判定した。１０個の評価用サンプル中の不良数が、初めて半数以上となった積算サイクル数を求めた。
【００９０】
【表４】
2004203943.tif 000008
【００９１】
上記表４にみられるように、実施例４〜７のものと比較例１、４、７のものとを比較すると、実施例４〜７のものはいずれもリフロー同時硬化（ノーフローとも呼ばれる）の実装方法において、リフロー工程後の初期接続性試験、及び全損失の評価結果、さらには、温度サイクル性能の面で問題なく使用し得ることが確認された。一方、比較例１、４のものは、いずれも初期接続性を達成できず、比較例７のものは、温度サイクル性能の面で劣ることが判った。比較例７のものについては、特に、エポキシ樹脂組成物のガラス転移温度（Ｔｇ）が、低いことが、その一因とも考えられる。
【００９２】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る透光性封止材料にあっては、第１の電極および受発光部を有する半導体部品と、第２の電極、光導波路および該光導波路に設けられた結合器を有する回路基板とを具備していて、前記受発光部と、前記結合器とを対向させ、かつ、前記第１の電極と、前記第２の電極とを金属バンプで接続する光モジュールの、前記半導体部品と前記回路基板との間に形成された隙間を封止する透光性封止材料であって、該透光性封止材料が、エポキシ樹脂と、硬化触媒と、下記の式（Ａ）で示される化合物又は下記の式（Ｂ）で示される化合物の少なくとも一方を含有し、かつ、前記下記の式（Ａ）で示される化合物又は下記の式（Ｂ）で示される化合物の少なくとも一方を、前記該透光性封止材料全質量に対して０．０１質量％〜１質量％含有することを特徴とするので、この透光性封止材料の金属バンプ補強時のフィレット形成性が、向上する結果、温度サイクル性を向上し得るという優れた効果を奏する。
【化４】
2004203943.tif 000009
【００９３】
請求項２に係る透光性封止材料にあっては、請求項１記載の透光性封止材料において、前記透光性封止材料が、硬化後の８５０ｎｍでの透過損失が０．５ｄＢ／ｃｍ以下であり、ガラス転移温度が１４０℃以上であることを特徴とするので、請求項１記載の発明の効果に加えて、光結合部での透過損失を低くでき、透光性封止材料硬化体の充分な温度サイクル性を確保できるという優れた効果を奏する。
【００９４】
請求項３に係る透光性封止材料にあっては、請求項１または請求項２記載の透光性封止材料において、前記硬化触媒がエポキシ樹脂の自重合を進めるカチオン重合触媒であることを特徴とするので、請求項１または請求項２記載の発明の効果に加えて、透光性封止材料硬化体の透光性が高く、光結合部での透過損失をさらに低くし得るという優れた効果を奏する。
【００９５】
請求項４に係る透光性封止材料にあっては、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の透光性封止材料において、オキセタン樹脂を含有することを特徴とするので、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、透光性封止材料硬化体の透光性がさらに高く、光結合部での透過損失を一層低くし得る一方、温度サイクル性をも向上させることができるという優れた効果を奏する。
【００９６】
請求項５に係る透光性封止材料にあっては、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の透光性封止材料において、アビエチン酸、セバシン酸、グリセリン、フェニルアラニン、ソルビタンエステルの中の少なくとも１種類以上を組成物全体に対して０．１質量％〜１０質量％含むことを特徴とするので、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明の効果に加えて、透光性封止材料にフラックスとしての機能を付与することができ、この結果、フラックス除去の工程が不要となり、金属バンプ実装の工程の簡素化に寄与し得ることとなり、特に、リフロー同時硬化を円滑に行うことができるという優れた効果を奏する。
【００９７】
請求項６に係る光モジュールにあっては、第１の電極および受発光部を有する半導体部品と、第２の電極、光導波路および該光導波路に設けられた結合器を有する回路基板とを具備していて、前記受発光部と、前記結合器とを対向させ、かつ、前記第１の電極と、前記第２の電極とを金属バンプで接続する一方、前記半導体部品と前記回路基板との間に形成された隙間を請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の透光性封止材料で封止してなることを特徴とするので、光結合部での透過損失を低くでき、充分な温度サイクル性を確保し得るという優れた効果を奏する。
【００９８】
請求項７に係る光モジュールの製造方法にあっては、第１の電極および受発光部を有する半導体部品と、第２の電極、光導波路および該光導波路に設けられた結合器を有する回路基板とを具備する光モジュールの製造方法であって、前記受発光部と、前記結合器とを対向させ、かつ、前記第１の電極と、前記第２の電極とを金属バンプで接続した後、前記半導体部品と前記回路基板との間に形成された隙間を請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の透光性封止材料で封止してなることを特徴とするので、光結合部での透過損失が低く、充分な温度サイクル性を確保し得る光モジュールの製造が可能になるという優れた効果を奏する。
【００９９】
請求項８に係る光モジュールの製造方法にあっては、第１の電極および受発光部を有する半導体部品と、第２の電極、光導波路および該光導波路に設けられた結合器を有する回路基板とを具備していて、前記受発光部と、前記結合器とを対向させ、かつ、前記第１の電極と、前記第２の電極とを金属バンプで接続する光モジュールの製造方法であって、前記半導体部品の前記回路基板側の面、または前記回路基板の前記半導体部品側の面の少なくとも一方に塗布された請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の透光性封止材料を介して前記半導体部品と前記回路基板とを相互に接触せしめ、加熱することにより、前記第１の電極と、前記第２の電極とを金属バンプを介して融着、接続する一方、前記透光性封止材料を熱硬化せしめ、前記半導体部品と前記回路基板との間に形成された隙間を前記透光性封止材料で封止してなることを特徴とするので、光結合部での透過損失が低く、充分な温度サイクル性を確保し得る光モジュールの製造が可能になるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である光モジュールの要部を示すもので、（ａ）は、第１の電極２および受発光部３を有する半導体チップ４ａと、第２の電極５、光導波路６および光導波路６に設けられた結合器１２を有する回路基板７とを具備していて、受発光部３と、結合器１２とを対向させ、かつ、第１の電極２と、第２の電極５とを金属バンプ８で接続する光モジュール１ａを示す断面図、（ｂ）は、第１の電極２および受発光部３を有する半導体部品（半導体パッケージ）４ｂと、第２の電極５、光導波路６および光導波路６に設けられた結合器１２を有する回路基板７とを具備していて、受発光部３と、結合器１２とを対向させ、かつ、第１の電極２と、第２の電極５とを金属バンプ８で接続する光モジュール１ｂを示す断面図である。
【符号の説明】
１      光モジュール
１ａ    光モジュール（半導体チップ４ａ）
１ｂ    光モジュール（半導体部品４ｂ）
２      第１の電極
３      受発光部
４      半導体部品
４ａ    半導体チップ
４ｂ    半導体部品（半導体パッケージ）
５      第２の電極
６      光導波路
７      回路基板
８      金属バンプ
９      隙間
１０      透光性封止材料
１１      フィレット
１２      結合器
【図１】
2004203943.tif 000011