(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する光半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物。
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）硬化剤。
（Ｃ）アミノ基を有するシランカップリング剤
（Ｄ）離型剤の分子が下記の一般式（１）および下記の一般式（２）で表わされる構造を有し、一般式（２）で表わされる構造部分の重量割合が分子全体の２５〜９５重量％である離型剤。
【化１】
0003851441.tif 000015
【化２】
0003851441.tif 000016
【請求項２】
（Ｃ）成分のアミノ基を有するシランカップリング剤が下記の一般式（３）で表わされるものである請求項１に記載の光半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物。
【化３】
0003851441.tif 000017
【請求項３】
（Ａ）成分のエポキシ樹脂が下記の一般式（４）で表わされるものを含有する請求項１または２に記載の光半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物。
【化４】
0003851441.tif 000018
【請求項４】
請求項１〜３に記載の光半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物によって光半導体素子を封止して成る光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物（以下、単にエポキシ樹脂組成物という。）およびそれを用いた光半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、受光素子および発光素子等の光半導体の封止材料としては、透明性、耐湿性および耐熱性に優れていなければならないという観点から、エポキシ樹脂組成物が使用されている。
しかしながら、従来から用いられているエポキシ樹脂組成物は、透明性には優れているが、光半導体素子を設置した成形金型中でエポキシ樹脂組成物を成形、例えば、トランスファー成形し光半導体素子を樹脂封止して光半導体装置を作製する場合、成形金型内から光半導体装置を取り出す際の離型性が著しく悪くなるという問題を有している。このため、離型時のストレスにより光半導体装置が変形したり、パッケージにクラックが入ったり、光半導体素子と封止樹脂が剥離したり、また、金線ワイヤーが剥がれたりするというような様々な問題が生じる。
【０００３】
一般に、トランスファー成形においてエポキシ樹脂組成物を成形する場合、成形物の離型性を向上させるために、エポキシ樹脂組成物に離型剤を添加することが実施されており、上記のように光半導体素子をトランスファー成形でエポキシ樹脂組成物を用いて封止する場合においては、エポキシ樹脂組成物の透明性を損なわずに離型性を向上させる離型剤の添加が提案されている（特開平６−１５７８１７号公報、ＷＯ９６／１５１９１）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような離型剤は、成形時にエポキシ樹脂組成物と金型の界面に存在することにより離型性が発現すると考えられているが、光半導体を成形、例えば、トランスファー成形でエポキシ樹脂組成物を用いて封止する場合においては、エポキシ樹脂組成物と光半導体素子の界面にも離型剤が存在すると考えられる。その場合、成形された光半導体装置において、離型剤が、エポキシ樹脂組成物と光半導体素子の界面の剥離を生じさせる可能性があり、光半導体装置の機能が損傷する場合がある。
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、成形時、例えば、トランスファー成形時に金型からの離型性に優れると共に、光半導体素子との密着性に優れ、しかも、透明性が良好なエポキシ樹脂組成物の提供をその目的とする。
【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、本発明のエポキシ樹脂組成物は下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有することを特徴とする。
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）硬化剤。
（Ｃ）アミノ基を有するシランカップリング剤
（Ｄ）離型剤の分子が下記の一般式（１）および下記の一般式（２）で表わされる構造を有し、一般式（２）で表わされる構造部分の重量割合が分子全体の２５〜９５重量％である離型剤。
【０００６】
【化５】
0003851441.tif 000002
【０００７】
【化６】
0003851441.tif 000003
【０００８】
上記（Ｃ）成分のアミノ基を有するシランカップリング剤は、好ましくは、下記の一般式（３）で表わされるものである。
【０００９】
【化７】
0003851441.tif 000004
【００１０】
上記（Ａ）成分のエポキシ樹脂は、好ましくは、下記一般式（４）で表わされるものを含有する。
【００１１】
【化８】
0003851441.tif 000005
【００１２】
また、本発明の光半導体装置は、上記エポキシ樹脂組成物によって光半導体素子を封止して成ることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態について詳しく説明する。
【００１４】
本発明のエポキシ樹脂組成物は下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有して成るものであって、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。
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）硬化剤。
（Ｃ）アミノ基を有するシランカップリング剤
（Ｄ）離型剤の分子が下記の一般式（１）および下記の一般式（２）で表わされる構造を有し、一般式（２）で表わされる構造部分の重量割合が分子全体の２５〜９５重量％である離型剤。
【００１５】
【化９】
0003851441.tif 000006
【００１６】
【化１０】
0003851441.tif 000007
【００１７】
本発明において、（Ａ）成分であるエポキシ樹脂としては、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あげられ、これらは単独で使用してもあるいは併用してもよい。上記各種エポキシ樹脂の中でも、光半導体封止後、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、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。なかでも、特に好ましいエポキシ樹脂は下記の一般式（４）で表わされるものである。
【００１８】
【化１１】
0003851441.tif 000008
【００１９】
また、上記エポキシ樹脂は単独でもしくは２種以上併せて用いられる。特に、上記の一般式（４）で表わされるエポキシ樹脂を使用する場合、その使用量は、エポキシ樹脂（（Ａ）成分）全体中の１０〜１００重量％とすることが好ましい。本発明において、上記の一般式（４）で表わされるエポキシ樹脂を使用した場合、後述の実施例で示すように、高温高湿条件下で、光半導体装置のリーク電流発生防止に効果がある。
【００２０】
上記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。
【００２１】
本発明において、（Ｂ）成分である硬化剤としては、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、特に、酸無水物系硬化剤を用いることが好ましい。
【００２２】
酸無水物系硬化剤としては、分子量１４０〜２００程度のものが好ましく用いられ、例えば、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あげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。そして、上記酸無水物系硬化剤の中でも、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、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸を用いることが好ましい。
【００２３】
さらに、上記酸無水物系硬化剤以外に、従来公知のアミン系硬化剤、フェノール系硬化剤、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。
【００２４】
上記エポキシ樹脂（（Ａ）成分）と硬化剤（（Ｂ）成分）の配合割合は、例えば、硬化剤として酸無水物系硬化剤を用いる場合、上記エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量に対して酸無水物における酸無水物当量を、０．５〜１．５当量となるように設定することが好ましい。特に好ましくは０．７〜１．２当量である。即ち、上記配合割合において、酸無水物当量が０．５当量未満では、得られるエポキシ樹脂組成物の硬化後の色相が悪くなり、逆に、１．５当量を超えると、耐湿性が低下する傾向が見られるからである。
また、エポキシ樹脂（（Ａ）成分）として、前記一般式（４）で表わされるものを使用する場合は、光半導体装置の高温高湿条件下でのリーク電流発生防止のため、上記酸無水物当量は０．５〜１．０当量、好ましくは、０．６〜０．８５当量となるように設定するのが良い。
なお、硬化剤（（Ｂ）成分）として、酸無水物系硬化剤以外に前記のアミン系硬化剤、フェノール系硬化剤、または、ヘキサヒドロフタル酸、カンルボン酸類等の硬化剤を単独で使用あるいは併用する場合においても、その配合割合は、上記酸無水物を使用した配合割合（当量比）に準ずる。
【００２５】
本発明において、（Ｃ）成分であるアミノ基を有するシランカップリング剤としては、例えば、下記の一般式（３）で表わされるものが挙げられる。
【００２６】
【化１２】
0003851441.tif 000009
【００２７】
また、（Ｃ）成分であるアミノ基を有するシランカップリング剤として、より具体的には、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−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピ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が挙げられる。
【００２８】
また、上記（Ｃ）成分である特定のシランカップリング剤の含有率は、本発明のエポキシ樹脂組成物全体に対して、０．００１〜１０重量％、好ましくは、０．０５〜４重量％、さらに好ましくは、０．２〜２重量％の範囲に設定するのが良い。
【００２９】
本発明において、（Ｄ）成分である特定の離型剤は、分子内に下記の一般式（１）および下記の一般式（２）で表わされる構造を有する離型剤である。
そして、一般式（１）におけるｍは８〜１００の正数であって、かつ、一般式（２）で表わされる構造部分の重量割合が分子全体の２５〜９５重量％の範囲に設定されている。より好ましくは、一般式（１）におけるｍは１３〜６０の正数であって、かつ、一般式（２）で表わされる構造部分の重量割合が分子全体の３５〜８５重量％の範囲に設定されている。さらに好ましくは、一般式（１）におけるｍは１７〜４０の正数であって、かつ、一般式（２）で表わされる構造部分の重量割合が分子全体の４０〜７０重量％の範囲に設定されている。
また、一般式（１）及び一般式（２）で表わされる構造部分は分子内に連続して存在しても良いし、不連続で存在してもよい。さらに、一般式（１）及び一般式（２）で表わされる構造部分はそれぞれ１個だけでなく複数個あっても良い。
【００３０】
【化１３】
0003851441.tif 000010
【００３１】
【化１４】
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【００３２】
また、上記一般式（１）および上記一般式（２）で表わされる構造以外に、上記（Ｄ）成分の離型剤を構成する単位としてはアルキル基、アルキレン基、カルボキシル基、エステル結合、ケトン結合、ベンゼン環、水素原子、金属原子等があげられる。
ただし、上記離型剤において、上記一般式（１）および上記一般式（２）で表わされる構造部分が占める重量割合は通常、７０〜９９重量％である。
【００３３】
また、上記（Ｄ）成分の離型剤の数平均分子量は、通常、３００〜１２０００、好ましくは、６００〜５０００、さらに好ましくは、９００〜２５００である。なお、上記数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）で測定し、ポリスチレン換算で求めたものである。
【００３４】
本発明においては、上記（Ｄ）成分の離型剤の含有率を、本発明のエポキシ樹脂組成物全体の０．０５〜１５重量％、好ましくは、０．２〜１０重量％、さらに好ましくは、０．５〜５重量％の範囲に設定することにより、ガラス転移温度もしくは耐湿信頼性の低下を防止して充分な離型性が得られるようになる。
【００３５】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、必要により、硬化促進剤を含有することができる。硬化促進剤としては、例えば、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、リン化合物等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。そして、上記硬化促進剤の中でも、三級アミン類、イミダゾール類を用いることが好ましい。
【００３６】
上記硬化促進剤の含有率は、前記エポキシ樹脂（（Ａ）成分））に対して０．０５〜７．０重量％の範囲に設定することが好ましく、より好ましくは０．２〜３．０重量％である。すなわち、硬化促進剤の配合量が０．０５重量％未満では、充分な硬化促進効果が得られず、７．０重量％を超えると、エポキシ樹脂組成物の硬化体に変色が見られるおそれがあるからである。
【００３７】
また、本発明のエポキシ樹脂組成物には、上記（Ａ）〜（Ｄ）成分および硬化促進剤以外に、エポキシ樹脂組成物の硬化体の透明性を損なわない範囲であれば必要に応じて従来から用いられている劣化防止剤、変性剤、染料、顔料等の従来公知の各種添加剤を適宜に配合することができる。
【００３８】
上記劣化防止剤としては、フェノール系化合物、アミン系化合物、有機硫黄系化合物、ホスフィン系化合物等の従来公知のものがあげられる。
【００３９】
上記変性剤としては、従来公知のグリコール類、シリコーン類、アルコール類等があげられる。
【００４０】
なお、光分散性が必要な場合には、上記成分以外にさらに充填剤を配合してもよい。上記充填剤としては、石英ガラス粉末、タルク、シリカ粉末、アルミナ粉末、炭酸カルシウム等の無機質充填剤等が挙げられる。
【００４１】
本発明の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。即ち、上記（Ａ）〜（Ｄ）成分及び必要に応じて、硬化促進剤、劣化防止剤、変性剤、染料、顔料、充填剤等を所定の割合で配合する。そして、これを常法に準じてドライブレンド法または溶融ブレンド法を適宜採用して混合、混練する。ついで、冷却・粉砕し、さらに必要に応じて打錠することによりエポキシ樹脂組成物を製造することができる。
【００４２】
このような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、例えばトランスファー成形等の公知のモールド方法により行うことができる。
【００４３】
なお、本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化体は、厚み１ｍｍにおいて、分光光度計の測定により、波長６００ｎｍの光透過率が７０％以上のものが好ましく、特に好ましくは８０％以上である。ただし、上記充填剤、染料、あるいは、顔料を用いた場合の光透過率はこの限りではない。
【００４４】
次に、実施例について比較例と併せて説明する。
【００４５】
【実施例１、比較例１〜５】
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得た。そして、こ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、光半導体素子をトランスファー成形（成形条件：１５０℃×４分間）により封止し（パッケージサイズ：縦１９．８ｍｍ×横１３．９ｍｍ×厚み２．８ｍｍ）、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半導体装置を製造した。このようにして得られた光半導体装置において、トランスファー成形用金型からの離型性を評価した。上記離型性の評価は、メラミン樹脂（日本カーバイド社製、ニカレットＥＣＲグレードＡＡ）にてクリーニング成形後、トランスファー成形にて連続成形し、４ショット目に得られた光半導体装置について、インジェクターピンのみの作動により金型内（キャビティー）から光半導体装置を取り出すことができたものを◎、インジェクターピンの作動とエアーの吹き付けにより金型内から光半導体を取り出すことができたものものを○、インジェクターピンの作動及びエアーの吹き付け等で光半導体装置を取り出すことができず、機械的な力を加えて光半導体装置を取り出したため、パッケージに変形、われが生じたものを×として評価し、その結果を表２に示した。
【００４６】
また、上記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、図１に示すような、光半導体素子接着力測定用試料を作製した。この試料において、光半導体素子にせん断応力をかけて、光半導体素子とエポキシ樹脂組成物の硬化体とのせん断接着力を測定した。測定は、各試料につき６回行い、その平均値を測定値とした。その結果を表２に示した。
【００４７】
また、上記各エポキシ樹脂組成物を用い、光半導体素子（素子サイズ：２．５ｍｍ四方×厚み０．５ｍｍ）を、トランスファー成形（成形条件：１５０℃×４分間）により封止し（パッケージサイズ：縦５ｍｍ×横４ｍｍ×厚み２．８ｍｍ）、光半導体装置を製造した。このようにして得られた光半導体装置５０個について、顕微鏡により目視で素子と樹脂界面の剥離の有無を観察し、剥離が生じている光半導体装置の個数を数えた。その結果を表２に示した。
【００４８】
さらに、上記各エポキシ樹脂組成物を用い、光半導体素子（チップサイズ：１．５ｍｍ四方×厚み０．５ｍｍ）をトランスファー成形（成形条件：１５０℃×４分間）により封止し（パッケージサイズ：縦４．５ｍｍ×横６．０ｍｍ×厚み２．８ｍｍ）、さらに、１２０℃×１６時間の条件でアフターキュアすることにより光半導体装置を得た。このようにして得られた光半導体装置について、プレッシャークッカー保存試験（ＰＣＴ）（条件：１２１℃×２気圧）を行い、リーク電流の変動を測定することにより、不良の発生数をカウントした。その結果を表２に示した。なお、ＰＣＴの方法を下記に示す。
【００４９】
＜ＰＣＴの方法＞
上記各エポキシ樹脂組成物を用いて作製した光半導体装置（各１２個）をＰＣＴ条件下、２０，４０，６０，９０時間投入した後、常温及び常圧にて２時間放置した。これを電圧１０Ｖで３０秒間印加させ、そのときのリーク電流値を測定した。そして、リーク電流値が初期値（ＰＣＴ条件下に投入する前）に対して１桁以上変動したものを不良としてカウントした。
【００５０】
また、上記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）を作製した。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６００ｎｍにおける光透過率を分光光度計を用いて測定した。その結果を表２に示した。
【００５１】
【表１】
0003851441.tif 000012
【００５４】
（表１に示した各成分の説明）
エポキシ樹脂Ａ：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量＝４８０）
エポキシ樹脂Ｂ：トリグリシジルイソシアヌレート
【００５６】
硬化剤Ａ：ヘキサヒドロ無水フタル酸
硬化促進剤Ａ：2-エチル-4-メチルイミダゾール、
離型剤Ａ：下記一般式（６）で表わされるポリオキシエチエレンペンタコンタニールエーテル（前記一般式（２）で表わされる構造部分の重量割合：５０％）
【００５７】
【化１６】
0003851441.tif 000013
【００６０】
シランカップリング剤Ａ：γ- グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
シランカップリング剤Ｂ：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
シランカップリング剤Ｃ：γ- メルカプトプロピルトリメトキシシラン
シランカップリング剤Ｄ：γ- アミノプロピルトリエトキシシラン
シランカップリング剤Ｅ：ビニルトリメトキシシラン
【００６１】
【表２】
0003851441.tif 000014
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光半導体素子封止用エポキシ樹脂組成物は、前記一般式（１）及び前記一般式（２）で表わされる構造を分子内に有し、前記一般式（２）で表わされる構造部分の重量割合が分子全体の２５〜９５重量％である離型剤を含有し、しかも、アミノ基を有するシランカップリング剤を含有するものである。従って、成形時、例えば、トランスファー成形時の金型からの離型性および透明性が優れているだけでなく、光半導体素子との密着性が優れているので、信頼性の高い光半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  光半導体素子接着力測定用試料の形状を示す断面図である。
【符号の説明】
１  光半導体素子。
２  エポキシ樹脂組成物硬化体。
３  光半導体素子にかけるせん断応力。
【図１】
0003851441.tif 000019