(57)【要約】【課題】素子剥離の発生が抑制され、耐半田リフロー性に優れかつリフロー工程後でも耐熱変色性に優れた光半導体封止用透明エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた光半導体集積回路装置を提供する。【解決手段】リードフレーム１００を用いた光半導体集積回路装置において、下記の（Ａ）〜（Ｄ）の組成物を含有することを特徴とする半導体封止用透明エポキシ樹脂組成物２０。（Ａ）エポキシ樹脂。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）チオール。（Ｄ）下記の化１で表される構造のアミン系硬化触媒。【化１】2007197627.tif 000013【選択図】  図１
2007197627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームを用いた光半導体集積回路装置において、下記の（Ａ）〜（Ｄ）の組成物を含有することを特徴とする光半導体封止用透明エポキシ樹脂組成物。
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）硬化剤。
（Ｃ）チオール。
（Ｄ）下記の化１で表される構造のアミン系硬化触媒。
【化１】
2007197627.tif 000011
【請求項２】
前記（Ｃ）のチオールが（CnH2n+1S）n-H n=9-15であることを特徴とする請求項１に記載の光半導体封止用透明エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
前記（Ｄ）のアミン系硬化触媒がＮ，Ｎ−ジメチルベンジルアミンであることを特徴とする請求項１に記載の光半導体封止用透明エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
前記エポキシ樹脂のガラス点移転が９０〜１２０℃であることを特徴とする請求項１に記載の光半導体封止用透明エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】
前記請求項１〜４項のいずれかに記載の光半導体封止用透明エポキシ樹脂組成物とリードフレームとを用いた前記光半導体集積回路装置において、
使用する温度領域における前記エポキシ樹脂組成物の線膨張係数と前記リードフレームの線膨張係数の比が１５倍以下であり、かつ前記エポキシ樹脂組成物の線膨張係数が前記リードフレームの線膨張係数よりも大きい素材を用いたことを特徴とする光半導体集積回路装置。
【請求項６】
前記リードフレームは、その表面の少なくとも一部をＡｇ、Ｐｄ、Ａｕのいずれかの被覆材で被覆したことを特徴とする請求項５に記載の光半導体集積回路装置。
【請求項７】
前記光半導体集積回路素子と前記リードフレームの先端に設けられた外部出力用端子とが金属細線によって電気的に接続され、前記金属細線は長さが１.２ｍｍ以下で、かつ前記光半導体集積回路素子の高さＴ（μｍ）に対し、前記金属細線の引張り強度Ｙ（ｇｆ）との関係が、下記の数１を満たした金属細線を使用したことを特徴とする請求項５に記載の光半導体集積回路装置。
【数１】
2007197627.tif 000012
【請求項８】
前記光半導体集積回路素子を接続する部位と前記リードフレームの先端に設けられた外部出力用端子の部位とが物理的に分離されており、前記光半導体集積回路素子と前記外部出力用端子とが前記金属細線で接続されていることを特徴とする請求項５に記載の光半導体集積回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リードフレームと透明樹脂を用いた樹脂封止型の光半導体集積回路装置の構造に関し、特に光半導体集積回路装置を機器に取り付ける実装において、高温のリフローに対しても耐熱変色性および耐クラック性に優れた光半導体集積回路装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンパクトディスク（ＣＤ）プレーヤーやデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）プレーヤー等に搭載される受光素子や発光素子等の光半導体素子は、通常、透明エポキシ樹脂組成物を用いて樹脂封止される。
【０００３】
一方、近年の電子機器の小型化、軽量化、高性能化にともない実装の高密度化が進み、光半導体パッケージの表面実装化も促進されてきている。
【０００４】
このような表面実装型パッケージとしては、例えば、２方向フラットパッケージ（スモールアウトラインパッケージ：ＳＯＰ）や、４方向フラットパッケージ（クワッドフラットパッケージ：ＱＦＰ）、ＳＯＮ（スモールアウトラインノンリード）が挙げられる。
【０００５】
近年、上記パッケージにおいては、リードフレーム表面に銀メッキ処理の施されたものが用いられるようになっている。
【０００６】
ところが、上記のような表面実装型パッケージの形態をとる光半導体装置では、実装する際、半田リフロー工程を有する。また、近年、環境規制により、鉛フリー化が進み、リフロー温度自体も高温が必要とされ、最大で２６０℃の耐熱性を要求されている。その上、リフロー工程において、従来のエポキシ樹脂組成物では、ＰＫＧ自身が高温に曝される前にパッケージ自体が吸湿しているため、その吸湿した水分が半田リフロー時に気化して水蒸気化し、その水蒸気圧によって、光半導体素子が封止樹脂（硬化体）から剥離するという問題が生じる。
【０００７】
この水蒸気による封止樹脂の剥離の問題を解決するための一般的な手法としては、フィラー等の高強度構造物をその封止樹脂中に多く含有させる方法や、樹脂と基板、半導体の密着力を強化する方法などがある。しかしながら、発光/受光する光半導体装置においては、この特殊性のため樹脂中にフィラー等を混入できず、また、密着力の強化にも樹脂変色を発生させないようにする要請から限界があった。特に、光半導体素子が大型化する光集積回路においては、他のＬＥＤ等の個別光半導体と違い、光半導体装置自体の大型化によりその解決はより難しくなっていた。
【０００８】
この状況の中、光半導体用の高耐熱かつ、高耐湿の装置構造としては、樹脂基板を使用した光集積回路の例（特許文献１参照）が挙げられる。この光集積回路は、樹脂基板上の一部の金属配線を封止樹脂の外に延伸させ、もともと密着力の弱い金属と透明樹脂の性質を利用して光半導体装置内の水分を排出する構造を有する。しかしながら、この構造では、リードフレームを使用した光集積回路装置においては、高温リフロー（２６０℃）において剥離或いは封止樹脂変色の問題を完全に解決することは出来なかった。
【０００９】
また、リードフレームを使用した光半導体用の高耐熱、かつ高耐湿の封止樹脂としては、封止樹脂に含有される物質を変更及び改善した例（特許文献２参照）で、チオール系化合物およびカップリング剤を含有し、リードフレームに対する接着力を低下させ、光半導体装置内の水分をリードフレームと封止樹脂の界面から排出させる透明エポキシ樹脂組成物がある。しかしながら、リードフレームを使用する光半導体装置にこの透明エポキシ樹脂組成物を使い高温リフロー（２６０℃）を行うと剥離、樹脂のクラックおよび樹脂の変色を起こし、問題を解決することは出来なかった。
【００１０】
【特許文献１】特開2003-46034号公報  (第３頁、第４頁、第１図、第３図)
【特許文献２】特開2003-268200号公報  (第２〜７頁)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、半導体素子と封止樹脂の剥離の発生が抑制され、耐半田リフロー性に優れかつリフロー工程後でも耐熱変色性に優れた光半導体封止用透明エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた光半導体集積回路装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明では、リードフレームを用いた光半導体集積回路装置において、下記の（Ａ）〜（Ｄ）の組成物を含有することを特徴とする。
【００１３】
（Ａ）エポキシ樹脂
（Ｂ）硬化剤
（Ｃ）チオール
（Ｄ）下記の化１で表される構造のアミン系硬化触媒
【００１４】
【化１】
2007197627.tif 000003
【００１５】
ここで、前記（Ｃ）のチオールが（CnH2n+1S）n-H n=9-15であることが好ましい。
【００１６】
また、前記（Ｄ）のアミン系硬化触媒がＮ，Ｎ−ジメチルベンジルアミンであることが好ましい。
【００１７】
好ましくは、前記エポキシ樹脂のガラス点移転は９０〜１２０℃である。
【００１８】
また、本発明は、前記光半導体封止用透明エポキシ樹脂組成物と前記リードフレームとを用いた光半導体集積回路装置において、使用する温度領域における前記エポキシ樹脂組成物の線膨張係数と前記リードフレームの線膨張係数の比が１５倍以下であり、かつ前記エポキシ樹脂組成物の線膨張係数が前記リードフレームの線膨張係数よりも大きい素材を用いたことを特徴とする。
【００１９】
ここで、前記リードフレームは、その表面の少なくとも一部をＡｇ、Ｐｄ、Ａｕのいずれかの被覆材で被覆することが好ましい。
【００２０】
また、前記光半導体集積回路素子と前記リードフレームの先端に設けられた外部出力用端子とが金属細線によって電気的に接続され、前記金属細線は長さが１.２ｍｍ以下で、かつ前記光半導体集積回路素子の高さＴ（μｍ）に対し、前記金属細線の引張り強度Ｙ（ｇｆ）との関係が、下記の数１を満たした金属細線を使用することが好ましい。
【００２１】
【数１】
2007197627.tif 000004
【００２２】
また、前記光半導体集積回路素子を接続する部位と前記リードフレームの先端に設けられた外部出力用端子の部位とが物理的に分離されており、前記光半導体集積回路素子と前記外部出力用端子とが前記金属細線で接続されていることが好ましい。
【００２３】
上述のように、本発明は、下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する光半導体封止用透明エポキシ樹脂組成物を用いて、表面実装パッケージを封止した半導体集積回路装置とする。
【００２４】
（Ａ）エポキシ樹脂
（Ｂ）硬化剤
（Ｃ）チオール
（Ｄ）下記化２で表される構造のアミン系硬化触媒
【００２５】
【化２】
2007197627.tif 000005
【００２６】
すなわち、本発明者らは、上記目的を達成するために、まず、半田リフロー時の問題発生の原因について検討を行った。
【００２７】
その検討の結果、半田リフローの際に気化した水蒸気をリードフレームと封止樹脂との界面から放出させることと、リフロー工程後の耐熱変色性を向上させることで効果的に半田リフロー時に発生する問題を解決することができることを突き止めた。
【００２８】
このようなことから、上記リードフレームに対する封止樹脂の接着力の低下とリフロー工程後の耐熱変色性を同時に満足させるために封止樹脂（硬化体）を形成する透明エポキシ樹脂組成物の構成成分を中心に研究を重ねた。
【００２９】
その結果、封止樹脂（硬化体）の形成材料である透明エポキシ樹脂組成物に、上記（Ｃ）成分であるチオールと（Ｄ）成分である硬化触媒であるアミン系化合物を併用すると、リードフレームに対する封止樹脂（硬化体）の接着力が低下し、かつ耐熱変色性に有効であることを見出し本発明に到達した。
【００３０】
特に、リードフレームとして近年多用されている最外層に銀メッキ或いはパラジウムと金メッキ層が形成されたリードフレームに対して、封止樹脂（硬化体）の接着力が低下することで光半導体装置内の排水性を高め、従来の透明封止材料では得られなかった優れた耐半田リフロー性及び耐熱変色性を備えることを突き止めたのである。そして、光半導体素子が高集積化することで、光半導体装置が大型化しても効果的に装置内の排水が行えることを確認した。
【００３１】
さらに、上記透明エポキシ樹脂組成物の構成成分に特定のシランカップリング材を用いると、封止樹脂の光半導体素子に対する接着力がより一層向上して、半田リフロー時の剥離等に対して一層効果的であることを見出した。これは、特に光半導体素子自体が大型化する光半導体集積回路において効果的である。
【００３２】
また、この透明エポキシ樹脂組成物のガラス転移点を９０から１２０℃にすることにより、これ以上の温度範囲では樹脂硬化体として相変化を起こして低弾性化する。この低弾性の性質を利用して高温時の熱ストレスを軽減させることも確認している。
【００３３】
この接着力の低下によって、リードフレームと透明封止樹脂が各々の熱膨張係数で個別に膨張、収縮を行い、高温リフロー時或いはその後の温度サイクル試験にてリードフレームと透明封止樹脂間で剥離を起こす。本発明者らはこの問題に関して種々のリードフレーム材を検討した結果、リードフレームの熱膨張係数が、使用する温度範囲において透明封止樹脂の１５倍以内であればこの不具合が発生しないことを突き止めた。この熱膨張係数を持つ素材としては、例えば銅が挙げられる。
【００３４】
また、光半導体素子とリードフレームを接続する金属細線が個別に熱膨張・収縮を繰り返し、温度サイクル試験中に金属疲労で断線に至ることもあった。第一の欠点と同様、種々の金属材を検討した結果、金属細線は長さが１.２ｍｍ以下で、かつ光半導体集積回路素子の高さＴ（μｍ）に対し、金属細線の引張り強度Ｙ（ｇｆ）との関係が、下記の数２を満たした金属細線を使用すれば、温度サイクル試験での金属細線の断線を防止できることを突き止めた。
【００３５】
【数２】
2007197627.tif 000006
【００３６】
光半導体素子の基準電位を決める端子を形成する場合に良く用いられる構成である光半導体素子と外部端子がリードフレーム上で切断されること無く連結され、かつこの光半導体素子と外部端子を金属細線で結線されている場合に、高温高湿バイアス試験において、電気信号が漏洩する場合もある。リードフレーム或いは金属細線と透明封止樹脂の密着力が弱い状態で高温かつ高湿状態になり、光半導体装置内の残留イオンが水分及び温度によって活性化され、可動イオンとなって光半導体素子、リードフレーム、金属細線を移動して電気的なフィードバック・ループを形成することになる。このような不具合を防止するために、リードフレーム上で光半導体素子を接続する部位と、外部出力用端子の部位が全て物理的に切り離した構成が好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
次に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３８】
本発明の光半導体封止用透明エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ成分）と、硬化剤（Ｂ成分）と、チオールを含有する化合物（Ｃ成分）と硬化触媒として下記の化３で表される構造のアミン系硬化触媒
【化３】
2007197627.tif 000007
を用いて得ることができるものであり、通常、液状、粉末状もしくはこれを打錠したタブレット状になっている。
【００３９】
本発明に用いるエポキシ樹脂（Ａ成分）は、特に限定されるものではなく通常用いられる透明エポキシ樹脂が用いられる。
【００４０】
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、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、脂環式エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレート、ヒダントインエポキシ樹脂等の含窒素環エポキシ樹脂、水添加ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、脂肪族系エポキシ樹脂、グシシジルエーテル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、低吸水率硬化体タイプの主流であるビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロ型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは、単独で使用できるほか、２種以上を併用してもよい。
【００４１】
上記各種エポキシ樹脂の中でも、光半導体素子を樹脂封止した後、エポキシ樹脂組成物の硬化体が変色しにくいという点から、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、脂環式エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレートを用いることが好ましい。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。
【００４２】
また、上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とともに用いる硬化剤（Ｂ成分）としては、通常、透明性の観点から酸無水物系硬化剤が用いられ、具体的には、無水フタル酸、無水マレイン酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸，テトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、無水グルタル酸、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。
【００４３】
これらは、単独で使用してもあるいは２種以上併用してもよい。そして上記と酸無水物硬化系硬化剤の中でも無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルヒドロ無水フタル酸を用いることが好ましい。上記酸無水物系硬化剤の配合量は、上記エポキシ樹脂（Ａ成分）１００重量部（以下「部」と略す）に対して、一般的に、３０〜７０部の範囲に設定することが好ましい。
【００４４】
さらに、上記酸無水物系硬化剤以外に、上記酸無水物系硬化剤をグリコール類でエステル化したもの、または、ヘキサヒドロフタル酸、テトラヒドロフタル酸、メチルヘキサヒドロフタル酸等のカルボン酸類等の硬化剤を単独で使用してもあるいは併用してもよい。
【００４５】
また、上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられるＣ成分であるチオールを含有する化合物としては、具体的には１−ノナンチオール、１−デカンチオール、１−ドデカンチオール、１−ペンタデカンチオールといった炭素数９〜１５の（CnH2n+1S）n-H n=9-15を有している化合物が好ましい。また、さらにこれらのチオール系化合物は、エポキシ樹脂組成物内にて、熱分解、加水分解により、チオール系化合物を生成させてもよい。炭素数が８以下であると、リードフレームに対する接着力が高くなり、１６以上の炭素数を持つと、成型性の不具合、Ｔｇの低下が著しくなる。
【００４６】
これら化合物は単独もしくは２種以上混合して用いられる。そして、上記化合物（Ｃ成分）の含有量は、透明エポキシ樹脂組成物中０．２５〜２．０重量％の割合に設定することが好ましい。特に好ましくは０．２５〜０．８重量％である。
【００４７】
硬化促進剤および耐熱変色防止剤として下記化合物が用いられる。
【００４８】
例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルベンジルアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルベンジルアミン、Ｎ，Ｎ−ジプロピルベンジルアミンなどが挙げられる。これらは単独もしくは２種以上併せて用いられる。また、他の三級アミン類、イミダゾール類、四級アンモニウム塩および有機金属塩類、リン化合物などとともに用いてもよい。特に好ましくは、Ｎ，Ｎ−ジメチルベンジルアミンが望ましい。上記硬化促進剤の重量としては、０．０１〜５重量％の割合に設定することが好ましい。特に好ましくは０．１〜２．０重量％である。０．１重量％以上であると成型する際、硬化が早く、成型サイクルに支障をきたすことがない。また、２．０重量％以下であると硬化物中にゲル分が生じたり、成型時間が短くなり成形性が低下する。
【００４９】
さらに、シランカップリング剤を用いることにより、封止樹脂（硬化体）と光半導体素子との接着力が向上し、半田リフロー時の素子剥離の発生防止になり、耐湿信頼性に優れるといった効果がある。
【００５０】
上記カップリング剤としては、アミノ系シランカップリング剤、エポキシ系シランカップリング剤等が挙げられる。中でも、アミノ系シランカップリング剤を用いることが最も好ましく、ついでエポキシ系シランカップリング剤を好ましく用いることができる。
【００５１】
さらに、カップリング剤としてメルカプト系シランカップリング剤を用いることもできる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いることができる。中でも、アミノ系シランカップリング剤としては、特に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を用いることが好ましい。また、エポキシ系シランカップリング剤としては、特にγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを用いることが好ましい。
【００５２】
上記カップリング剤の含有量は、透明エポキシ樹脂組成物全体の０．０５〜１．０重量％の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは０．０７〜０．７重量％である。すなわち、上記カップリング剤の含有量が少なすぎると、封止樹脂（硬化体）の光半導体素子に対する接着力の充分な向上効果が得られ難く、多過ぎると、成形性に劣る傾向がみられるからである。
【００５３】
さらに、本発明の透明エポキシ樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｄ成分以外に必要に応じて従来から用いられているその他の添加剤を適宜に配合することができる。上記その他の添加剤としては、例えば、離型剤、難燃助剤、低応力化剤、キレート化剤等が挙げられる。
【００５４】
上記離型剤としては、従来公知のポリエチレングリコール系化合物を用いることができる。なお、上記離型剤の使用量は、可能な限り少ない方が好ましい。
【００５５】
上記キレート化剤としては、ジメチルグリオキシム、ジピコリン酸、１，５−ジフェニルカルバジド、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸、メチオニン等が挙げられる。これらキレート化剤は、通常、透明エポキシ樹脂組成物全体の０．１〜３重量％の範囲で使用することができる。
【００５６】
本発明に用いられる透明エポキシ樹脂組成物は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００５７】
まず、上記Ａ〜Ｄ成分および上記その他の添加剤を適宜配合し、この混合物をミキシングロール等の混練機にかけ加熱状態で溶融混合し、これを室温に冷却したのち公知の手段により粉砕し、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。
【００５８】
このような透明エポキシ樹脂組成物を用いての光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ー成形等の公知のモールド方法により封止することにより行うことができる。
【００５９】
なお、本発明において、透明とは、例えば、封止樹脂である硬化体においては、厚み１ｍｍの硬化体の場合、分光光度計の測定により、波長６００ｎｍの直線光透過率が７０％以上のものをいい、特に好ましくは８０％以上である。さらに、本発明においてより好ましくは、厚み１ｍｍの硬化体で分光光度計の測定により、波長４００ｎｍの光透過率が７５％以上のものをいい、特に好ましくは８５％以上である。
【００６０】
上述の透明エポキシ樹脂の効果を確認するため、各成分の割合を振った透明エポキシ樹脂組成物を作成し、後述する試験を行った。
【００６１】
上記エポキシ樹脂組成物の各成分の割合を、表１に示す。
【００６２】
【表１】
2007197627.tif 000008
【００６３】
はじめに、上記エポキシ樹脂組成物の耐熱変色性の比較確認のため、波長４００ｎｍにおける光透過率を分光光度計を用いて測定した。
【００６４】
表１に示す各成分を、同表に示す割合で配合し、ミキシングロールで溶融混練（８０〜１３０℃）を行い、熟成した後、室温で冷却して粉砕することにより目的とする粉末状のエポキシ樹脂組成物を作成する。次に、この各エポキシ樹脂組成物を用い、トランスファー成形（成形条件：１５０℃×４分間）し、さらに、１５０℃×３時間の条件でアフターキュアすることにより、光透過率測定用の試料（厚み１ｍｍの硬化物）を作成した。この試料を、石英セル中の流動パラフィンに浸漬し、試料表面の光散乱を抑制した状態で、波長４００ｎｍにおける光透過率を分光光度計を用いて測定した。この測定値が上記各エポキシ樹脂組成物初期の値となる。この各エポキシ樹脂組成物の耐熱変色性を確認するため、試料を半田リフロー炉（２６０℃・３回）に通し、その後、再度、同様の方法で透過率を測定した。この時のリフローのプロファイルは１５０℃・９０秒，２６０℃・１０秒である。この結果、サンプル１，７、１０，１１のエポキシ樹脂組成物が、耐熱変色性が良好なものであることが判明した。上記各エポキシ樹脂組成物の光透過率の結果を表２に示す。
【００６５】
【表２】
2007197627.tif 000009
【００６６】
次に、上記各エポキシ樹脂組成物のリードフレームとの接着力を、後述の試験方法で測定した。
【００６７】
図６に示すように、リードフレームと同じ材質の金属フレーム板３の左端表面に円錐台形状の樹脂硬化体５が設けられた接着力測定サンプルを上記各エポキシ樹脂組成物を用い、トランスファーモールド法（１５０℃・４分の成形条件）によって成形する（接着部の面積は０．２５ｃｍ2 ）。
【００６８】
図６に示すように、樹脂硬化体５の側方から矢印Ａ方向に測定治具であるプッシュプルゲージ（図示せず）を用いて荷重を加えながら金属フレーム板３表面の樹脂硬化体５が金属フレーム板３から剥離する際の剪断力を測定しこの値を接着力とした。
【００６９】
なお、測定条件は、温度２５℃、測定治具の進行速度１００ｍｍ／分に設定した。この結果、サンプル１，２，３，７,１０，１１のエポキシ樹脂組成物が、目標である接着力が０Ｎ／ｃｍ２となり、良好なものであることが判明した。上記各エポキシ樹脂組成物で成形された接着力測定サンプルの接着力の結果を表２に示す。
【００７０】
上述のようにして得られた粉末状のエポキシ樹脂組成物を用い、暫定として表面実装用光半導体装置（パッケージサイズ：縦４ｍｍ×横５ｍｍ×厚み１ｍｍ）を作成した。樹脂封止方法は、トランスファー成形法を用い、成形条件：１６０℃×３分で樹脂封止し、１５０℃×３時間の条件でアフターキュアしたものである。この表面実装用光半導体装置に用いたリードフレームは、銅材にパラジウムめっきを施したものである。このようにして得られた表面実装用光半導体装置をＪＥＤＥＣ  Ｌｅｖｅｌ３  の条件で前処理し、半田リフロー（２６０℃・２回）を行い、さらに、温度サイクル試験（−４０℃〜１００℃）を３００サイクル行った。上述の試験後に半導体素子表面の剥離などパッケージ外観を確認した。
【００７１】
さらに電気特性も併せて確認した。この結果、サンプル２、３は半田リフローを行うことで、黄色に変色していたが、上記試験では良好な結果が得られた。サンプル１、１７，１１のエポキシ樹脂組成物は、半田リフローでの変色もなく、上記表面実装用光半導体装置の評価で吸湿（ＪＥＤＥＣ規定の前処理）後の高温（２６０℃）半田リフロー、およびその後の温度サイクル試験で不良は見られず、耐湿性や耐熱性に優れ、耐環境性も良好であることが判明した。上記エポキシ樹脂組成物を用いた表面実装用光半導体装置の結果を表２に示す。
【００７２】
上述の結果より、リフローによる耐熱変色性レベルはサンプル1、７,１０，１１に比べて、サンプル２〜６と８〜９は非常に黄色見が激しく、また、４００nmの透過率も著しく低下していることがわかる。つまり、サンプル１、７,１０，１１はリフローによる耐熱変色性が高いことが言える。また、前記サンプル１，７，１１はリードフレーム（Ｌ／Ｆ）との接着力も、目標とする０Ｎ／ｃｍ２であり、耐半田性＋ＴＣＴ特性でも、不具合の発生がない結果が得られている。サンプル１０については、Tgが1,7,11よりも高いため、耐半田＋TCT特性で不具合が発生した。
【００７３】
これらの試験結果より、サンプル１、７,１１の特徴であるチオール成分とＮ，Ｎ−ジメチルベンジルアミンを含有したエポキシ樹脂組成物が、上記表面実装用光半導体装置の耐熱・耐湿・耐環境性として良好なものであることをつきとめた。
【００７４】
上述の透明エポキシ樹脂組成物を用いた光半導体集積回路装置の製造方法について説明する。
【００７５】
第一の実施例として、図１のＳＯＮ（スモールアウトラインノンリード）パッケージの構造を用いて、本発明の光半導体集積回路装置の製造方法を示す。
【００７６】
メッキ層１０１を施したリードフレーム１００を用い、ダイパッド１１０及び外部出力端子１１１を形成する。このメッキ層１０１は本実施例においては、リードフレーム１００の全面にＮｉ、Ｐｄ、Ａｕを施した。表面のＰｄ、Ａｕは、図２に示すとおり、エポキシ樹脂組成物２０と密着力が極端になく、本実施例の装置において装置内に含有される水分を外部に逃す経路とすることが出来る。また、実施例で使用するリードフレーム１００にはＣｕ材を用いた。以下にその理由を述べる。
【００７７】
図３にエポキシ樹脂組成物２０と、検討を行ったＣｕ材並びに４２材（４２合金）の使用する温度領域での線膨張係数の比較を示す。
【００７８】
４２材はＣｕ材に比較すれば線熱膨張係数が低いが、エポキシ樹脂組成物２０の線膨張係数が大きく、使用温度領域における最大の熱膨張の比は２０倍以上となった。一方、Ｃｕ材の熱膨張の比は１５倍に抑えられる。その熱膨張及び収縮による温度ストレスを温度サイクル試験で確認した。その結果、１００サイクルを超えてくると、エポキシ樹脂組成物２０に対して熱膨張比が２０倍を超えている４２材では樹脂に割れが生じるなどの不具合が発生した。このため、本実施例ではＣｕ材を使用したリードフレーム１００を採用した。
【００７９】
更に、外部出力端子１１１は、ダイパッド１１０とは物理的に切り離されている構成とした。以下にその理由を述べる。
【００８０】
エポキシ樹脂組成物２０とメッキ層のあるリードフレーム１００および後述の金属細線１２を用いた光半導体集積回路装置では、エポキシ樹脂組成物２０とリードフレーム１００および金属細線１２とは弱い密着力で保持された状態である。また、エポキシ樹脂組成物２０はその樹脂特性として室内放置（２５±５℃、２４時間）で０．１〜０．２６ｗｔ％の吸湿がある。外部出力端子１１１とダイパッド１１０がリードフレーム１００上で連結された状態で、高温高湿バイアス試験にかけると、この連結部分において電気信号の漏洩が発生する。
【００８１】
高温、かつ高湿状態では光半導体装置内の残留イオンが水分及び温度によって活性化され、可動イオンとなり光半導体素子１０、リードフレーム１００及び金属細線１２を移動して電気的なフィードバック・ループを形成したことによるものである。このような不具合を防止するために、リードフレーム１００上で光半導体素子２０を接続する部位と外部出力用端子の部位とを全て物理的に切り離した構成とした。
【００８２】
次に、光半導体素子１０をダイパッド１１０に接合する。光半導体素子１０とダイパット１１０の接合は、公知の接合方法により行うことができる。例えば、ＡｕＳｎや半田を用いた金属接合方法や、エポキシ接着剤を用いた接合などがある。
【００８３】
次に、光半導体素子１０の出力端子１１と外部出力端子１１１を金属細線１２により電気的に接続する。接続方法は、一般的なワイヤボンディング方法などにより接続される。金属細線１２は、耐腐食性に優れ電気抵抗値が低いＡｕワイヤを用いている。
【００８４】
ここで特出すべき点は、金属細線１２の長さと強度にある。光半導体素子１０の高さを３００μｍと１６０μｍの２タイプを準備し、ダイパッド１１０にエポキシ樹脂剤を用いて接合する。次に、金属細線１２であるＡｕワイヤとして、低強度タイプ、平均的な強度を持つノーマルタイプおよび高強度タイプの３タイプを使用し、その太さを２５μｍと３０μｍとして、光半導体素子１０の出力端子１１と外部出力端子１１１をワイヤボンディング方法により金属細線１２の長さを任意に設定し電気的に接続した。使用したＡｕワイヤは、例えば、低強度タイプに田中貴金属製のＹＳｏｆｔ、ノーマルタイプに住友金属鉱山（株）製のＳＧＲ−ＳＨ、高強度タイプに田中貴金属製のＧＬＦを使用する。
【００８５】
次に、前述の透明エポキシ樹脂組成物２０を用いて光半導体素子１０の封止をトランスファー成形方法により封止し光半導体集積回路装置を作成した。前述したようにエポキシ樹脂組成物２０とリードフレーム１００および金属細線１２とは弱い密着力で保持された状態である。この光半導体集積回路装置で温度サイクル試験を行い、金属細線１２の変形や断線といった不良が発生するものが確認された。
【００８６】
この試験の結果の１つを図４に示す。不良率が示すものは、温度サイクル試験による熱膨張・収縮を繰り返す際、エポキシ樹脂組成物２０とリードフレーム１００および金属細線１２が弱い密着力で保持された状態であり、各々の部材が個別に膨張・収縮を繰り返し、強度的に弱い金属細線１２が金属疲労で変形もしくは断線したものの発生率である。これらの試験の結果、金属細線１２は長さが１.２ｍｍ以下で、かつ光半導体素子１０の高さＴ（μｍ）に対し、金属細線１２の引張り強度Ｙ（ｇｆ）との関係が、下記の数３を満たした金属細線１２を使用すれば、温度サイクル試験での金属細線１２の断線が防止できることを突き止めた。
【００８７】
【数３】
2007197627.tif 000010
【００８８】
高強度な金属細線１２を使い、かつ光半導体素子１０は薄くすることにより、熱膨張・収縮の繰り返しで金属疲労による金属細線１２の断線は回避できる。
【００８９】
なお、前記のＡｕワイヤ製品は試験を行う際に使用したものであり、上記金属細線強度の関係式を満たすものであれば特に限定するものではない。
【００９０】
次に、光半導体素子１０及び金属細線１２を覆うようにしてエポキシ樹脂組成物２０を樹脂封止し、光半導体素子１０及び金属細線１２を外部環境から保護する。その後、個々の光半導体集積回路装置をリードフレーム１００より切り離して装置が完成する。
【００９１】
尚、本実施例の製造方法は４方向に出力端子を形成するＱＦＮ（クワッドフラットノンリード）パッケージにも適用できるものである。
【００９２】
第二の実施例として、図５のＳＯＰ（スモールアウトライン）パッケージの構造を用いて、本発明の光半導体集積回路装置の製造方法を示す。
【００９３】
メッキ層２０１を施したリードフレーム２００を用い、ダイパッド２１０及び外部出力端子２１１を形成する。本実施例で使用するリードフレーム２００は、Ｃｕ材よりも機械的強度が強い４２合金材を用いている。メッキ層２０１は、一般的にその処理が容易であり、かつＰｄやＡｕといった処理に比べると安価なＡｇメッキ処理を全面もしくは少なくとも一部に施している。
【００９４】
メッキ層の少なくとも一部とは、光半導体素子１０を搭載するダイパッド部２１０と、外部出力端子２１１の金属細線１２を電気的に接続する部位を含んだエポキシ樹脂組成物２０で覆われた部位であり、リードフレーム２００の全面にメッキ処理を施すものに比べ、メッキする面積が小さくなりメッキ処理費用が安価になる利点もある。表面のＡｇは第一の実施例のＰｄやＡｕと同様に、図２に示すとおり本エポキシ樹脂組成物と密着力が極端になく、本実施例の装置において、装置内に含有される水分を外部に逃す経路とすることが出来る。
【００９５】
本実施例では、第一の実施例であるＳＯＮパッケージの温度サイクル試験で不具合が生じた４２材を使用している。第一の実施例と同様に熱膨張及び収縮による温度ストレスを温度サイクル試験で確認した。その結果、１００サイクルを超えても不具合は発生しない。本エポキシ樹脂組成物の熱膨張係数と、使用温度領域における最大の熱膨張の比が２０倍以上となる４２合金材であっても、ＳＯＰパッケージでは不具合の発生はなかった。これは、外部出力端子の実装部が、パッケージより離れた位置にリード成形された構造を持つことによる。つまり、熱膨張及び収縮による温度ストレスは、リード成形部のスプリング効果により緩和され、パッケージへのストレスを低減しているものと考えられる。この実験結果により、本実施例では４２合金材を使用したリードフレーム２００を採用した。
【００９６】
更に、第一の実施例と同様に外部出力端子２１１は、ダイパッド２１０とは物理的に切り離されている構成とした。なお、本実施例で用いた透明エポキシ樹脂組成物２０及び金属細線１２は第一の実施例と同じものを用いた。
【００９７】
さて、上述の構成及び材料を用いて、光半導体集積回路装置を作成する。まず始めに、光半導体素子１０をダイパッド２１０に接合する。光半導体素子１０とダイパット２１０との接合は、公知の接合方法により行うことができる。例えば、ＡｕＳｎや半田を用いた金属接合方法やエポキシ接着剤を用いた接合などがある。
【００９８】
次に、光半導体素子１０の出力端子１１と外部出力端子２１１を金属細線１２により電気的に接続する。接続方法は、一般的なワイヤボンディング方法などにより接続される。金属細線１２は、耐腐食性に優れ電気抵抗値が低いＡｕワイヤを用いている。
【００９９】
第一の実施例では、温度サイクル試験に対する金属細線１２の断線対策として、金属細線１２の長さと強度に関係式を規定したが、ＳＯＰパッケージでは、前述したように外部出力端子２１１の実装部が、パッケージより離れた位置にリード成形された構造を持つことにより、金属細線１２の長さと強度には自由度がある。無論、第一の実施例である金属細線１２の長さと強度の関係式を用いることにより、パッケージの信頼度が向上することは言うまでもない。
【０１００】
次に、光半導体素子１０及び金属細線１２を覆うようにしてエポキシ樹脂組成物２０を樹脂封止し、光半導体素子１０及び金属細線１２を外部環境から保護する。その後、個々の光半導体集積回路装置をリードフレーム２００より切り離し、リード成形され装置が完成する。
【０１０１】
尚、本実施例の製造方法は出力端子がガルウィング状に成形されるパッケージ以外でも、パッケージの樹脂側面から外部出力端子が２ｍｍ以上の距離を持って実装される構造であれば適用が可能である。また、４方向に出力端子を形成するＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ）にも適用できるものである。
【０１０２】
本発明の透明エポキシ樹脂組成物を封止材料として用いる場合、リードフレーム上に搭載された光半導体素子を樹脂封止することが挙げられる。そして、光半導体素子を搭載するリードフレームに関しては、例えば、その表面に銀メッキ層が形成されたものが用いられる。
【０１０３】
本発明において、上記銀メッキ層が形成されたリードフレームとは、リードフレームの全面もしくは少なくとも一部に銀メッキ層が形成されたものである。上記銀メッキ層は、光半導体素子とリードフレームとを電気的に接続する金属細線のリードフレームに対するボンディング性を高めるためになされるものである。
【０１０４】
本発明の透明エポキシ樹脂組成物を用いて光半導体素子を樹脂封止してなる光半導体装置としては、リフロー工程を必須とする表面実装型光半導体装置が挙げられる。
【０１０５】
具体的には、２方向フラットパッケージ（スモールアウトラインパッケージ：ＳＯＰ）、４方向フラットパッケージ（クワッドフラットパッケージ：ＱＦＰ）、ＳＯＮ等が挙げられる。
【０１０６】
以上、リードフレーム上に搭載された表面実装型光半導体装置について述べたが、本発明では上記銀メッキ層が形成されたリードフレームに限定するものではなく、銀メッキ層が形成されていない他の公知のリードフレーム、例えば、銀メッキ層以外のパラジウムメッキ層が形成されたリードフレームや金メッキ層が形成されたリードフレーム、銅フレームあるいは金属メッキ層が形成されていないリードフレーム等を用いることも可能である。中でも、銀メッキ層が形成されたリードフレームと本発明の透明エポキシ樹脂組成物を組み合わせた場合において、最も好ましい効果が得られるようになる。
【０１０７】
また、本発明の光半導体装置においては、その形態、例えば表面実装型等に関わらず、封止樹脂である透明エポキシ樹脂組成物硬化体のリードフレームに対する接着力は、１０Ｎ／ｃｍ2 以下となることが好ましい。通常、下限値は０Ｎ／ｃｍ2 である。
【０１０８】
上記透明エポキシ樹脂組成物硬化体のリードフレームに対する接着力は、例えば、次のようにして測定される。
【０１０９】
すなわち、図６に示すように、リードフレームと同じ材質の金属フレーム板３の左端表面に円錐台形状の樹脂硬化体５が設けられた接着力測定サンプルを、トランスファーモールド法（１５０℃×４分成形）によって成形する（接着部の面積は０．２５ｃｍ2 ）。
【０１１０】
これを用いて、図６に示すように、樹脂硬化体５の側方から矢印Ａ方向に測定治具であるプッシュプルゲージ（図示せず）を用いて荷重を加えながら金属フレーム板３の表面の樹脂硬化体５が金属フレーム板３から剥離する際の剪断力を測定しこの値を接着力とする。なお、測定条件は、例えば、温度２５℃、測定治具の進行速度１００ｍｍ／分に設定される。
【０１１１】
さらに、先の説明では、例えば、光半導体装置の一形態として、リードフレーム上に搭載された光半導体素子を樹脂封止してなる表面実装型光半導体装置について述べたが、リードフレームに代えて、ガラスエポキシ基板、ビスマレイミド−トリアジン基板（ＢＴ基板）等のような基板上に光半導体素子が搭載された表面実装型光半導体装置においても本発明は適用可能である。
【０１１２】
これを用いて、図６に示すように、樹脂硬化体５の側方から矢印Ａ方向に測定治具であるプッシュプルゲージ（図示せず）を用いて荷重を加えながら金属フレーム板３の表面の樹脂硬化体５が金属フレーム板３から剥離する際の剪断力を測定しこの値を接着力とした。なお、測定条件は、温度：２５℃、測定治具の進行速度１００ｍｍ／分と設定した。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の第一の実施例に係るＳＯＮ（スモールアウトラインノンリード）パッケージ構造を用いた光半導体集積回路装置を示す図である。
【図２】本エポキシ樹脂の材料別せん断力とせん断接着力との関係を示す図である。
【図３】エポキシ樹脂組成物とＣｕ材並びに４２材（４２合金）の使用する温度領域での線膨張係数の比較を示す図である。
【図４】不良率とワイヤ強度との関係を示す図である。
【図５】本発明の第二の実施例に係るＳＯＰ（スモールアウトライン）パッケージ構造を用いた光半導体集積回路装置を示す図である。
【図６】樹脂硬化体とリードフレームとの接着力の測定方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１０  光半導体素子
１１  出力端子
１２  金属細線
２０  エポキシ樹脂組成物
１００  リードフレーム
１０１  メッキ層
１１０  ダイパッド
１１１  外部出力端子
【図１】
2007197627.tif 000014
【図２】
2007197627.tif 000015
【図３】
2007197627.tif 000016
【図４】
2007197627.tif 000017
【図５】
2007197627.tif 000018
【図６】
2007197627.tif 000019