JP2008218964A - 光半導体パッケージ用トランスファモールド金型 - Google Patents

Abstract

【課題】高品質であり、ボイドや未充填部分のない光半導体パッケージを製造することが可能なトランスファモールド金型を提供する。
【解決手段】光半導体素子搭載部である凹部５’が１つ以上形成された光半導体パッケージを製造するために用いられるトランスファモールド金型１および２であって、前記凹部５’を形成するための凸部６を有する第一の金型１と、第一の金型１の前記凸部６に対向する第二の金型２とを有し、第二の金型２の前記凸部６に対向する部分にエアベント３が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光半導体パッケージ用トランスファモールド金型に関する。

光半導体装置として、例えば、図８に示すような表面実装型の光半導体装置１１０が知られている。図８に示す光半導体装置１１０は、半導体素子搭載部である凹部１０４を有する光半導体パッケージを用いて製造することができる。凹部１０４は、リードフレーム１０５と、リードフレーム１０５上に設けられたリフレクタとして機能する枠１０３により構成されている。半導体素子１０１は凹部１０４の適切な位置に搭載され、凹部１０４が透明封止樹脂２００によって封止されている。透明封止樹脂２００には、蛍光体などの波長変換手段を含ませることができる。

光半導体パッケージの製造方法としてトランスファモールド法が広く用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。トランスファモールド法の代表例として、リードフレームの側面側から樹脂を注入する、「サイドゲート方式」が知られている。

図５は、サイドゲート方式に用いられる従来のトランスファモールド金型を示す断面図である。具体的には、図５に示すように、半導体素子を搭載するリードフレーム４を上金型１と下金型２とから構成されるトランスファモールド装置用成形金型に挟み込む。次いで型締して固定することによってキャビティ部５を形成した後に、成形金型の側面に設けられたサイドゲート１０からキャビティ部５内に溶融樹脂を注入する。注入された溶融樹脂は、サイドゲートに対向する側面に設けられたエアベント１１に向かって流動し、光半導体素子搭載部を囲む枠に対応するキャビティ部を封止する。

サイドゲート方式によるトランスファモールド法を適用した封止方法は従来から知られているが、それらの封止方法を表面実装型の小型の光半導体パッケージに適用した場合には、ボイドやリードフレーム端子間の未充填等の成形不良が発生しやすい傾向がある。ボイドやリードフレーム端子間の未充填の発生は、主に、キャビティ部内の溶融樹脂の流動速度にバラツキが生じることに起因する。

図５に示すような金型では、サイドゲート部と、キャビティ部内のサイドゲート部から最も離れた最終端部との間に、半導体素子搭載部である凹部を形成するために設けられた凸部があるため、サイドゲート部側から見て凸部の裏側に当たる最終端部においては、流動速度が遅くなり、溶融樹脂がエアをトラップしてボイドが発生しやすくなる。

また、型締した際には、リードフレームの端子部に上述の凸部が接するために、溶融樹脂がエアを巻き込んだ場合、エアがリードフレーム端子間から抜けにくい構造となっている。

図７に、従来のトランスファモールド金型を用いて作製した光半導体パッケージの平面図を示す。図７中、２０がボイドを表し、２１がリードフレーム端子間の未充填部を表す。
特開２００６−１４０２０７号公報 特開２００６−１５６７０４号公報

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、高品質であり、ボイドや未充填部分のない光半導体パッケージを製造することが可能なトランスファモールド金型を提供することを目的とするものである。また、本発明は、高品質であり、ボイドや未充填部分のない光半導体パッケージを提供することを目的とするものである。さらに、本発明は、パッケージにボイドや未充填部分がなく、信頼性に優れた光半導体装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、光半導体素子搭載部である凹部が１つ以上形成された光半導体パッケージを製造するために用いられるトランスファモールド金型であって、前記凹部を形成するための凸部を有する第一の金型と、第一の金型の前記凸部に対向する第二の金型とを有し、第二の金型の前記凸部に対向する部分にエアベントが設けられていることを特徴とする光半導体パッケージ用トランスファモールド金型に関する。

好ましくは、第一の金型がキャビティ部を構成する凹部を有し、キャビティ部を構成する凹部内に前記凸部が設けられている。

エアベントの例としては、リング状断面を有するエアベント、リング状断面を有し、第二の金型の、第一の金型の前記凸部に対向する面に、放射状に溝が設けられているエアベント、円筒状のエアベント、円筒状であり、第二の金型の、第一の金型の前記凸部に対向する面に、放射状に溝が設けられているエアベントなどが挙げられる。

また、本発明は、前記光半導体パッケージ用トランスファモールド金型を用いて形成された光半導体パッケージに関する。

さらに、本発明は、前記光半導体パッケージを用いて製造された光半導体装置に関する。

本発明によれば、トランスファモールド法でパッケージを作製する際に、ボイドやリードフレーム端子間の未充填部分を生じることのない光半導体パッケージ用トランスファモールド金型を提供することが可能となる。また、本発明の光半導体パッケージ用トランスファモールド金型を用いることにより、ボイドやリードフレーム端子間に未充填部分のない光半導体パッケージを提供することが可能となる。さらに、本発明のボイドや未充填部分のない光半導体パッケージを用いることにより、信頼性に優れた光半導体装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の詳細について図面を参照して説明する。本発明は、以下に説明する図面に限定されるものではない。

図１〜４に例示するトランスファモールド金型は、光半導体素子搭載部である凹部が１つ以上形成された光半導体パッケージを製造するために用いられるトランスファモールド金型であって、前記凹部を形成するための凸部６を有する第一の金型１と、第一の金型の凸部６に対向する第二の金型２を有し、第二の金型２の前記凸部６に対向する部分にエアベント３が設けられている。好ましくは、第一の金型１がキャビティ部５を構成する凹部５’を有し、前記凸部６が凹部５’内に形成されている。

すなわち、図１〜４に例示するトランスファモールド金型は、キャビティ部５内のサイドゲート部１０と最終端部１２との間に、光半導体素子搭載部を囲む枠を形成するために設けられた凸部６を有する金型１と、この凸部６に対向する金型２を有し、凸部６に対向する金型２には、凸部６に対向する領域にエアベント３が設けられている。

第二の金型２は、平板状であることが好ましく、第一の金型の凹部５’及び凹部内に設けられた凸部６に対向して設置され、型締されることにより、キャビティ部５が構成される。

エアベント３には、リング状断面を有するエアベント、円筒状エアベント、これらと放射状のエアベント用溝との組合せなどの形状がある。リング状断面を有するエアベント、円筒状エアベントは、平板状の第二の金型の厚み方向に、第二の金型を貫通するように設けることができる。なお、エアベント３の形状は、上記に制限されるものではなく、第二の金型の、第一の金型の凸部に対応する領域に、種々の幾何学形状のエアベントを設けてもよい。

図１では、第二の金型にリング状断面を有するエアベントが設けられている。図２では、第二の金型にリング状断面を有するエアベントが設けられ、さらに、第一の金型に対向する面に開けられたリングの内側に放射状の溝が設けられている。図３では、第二の金型に円筒状のエアベントが設けられている。図４では、第二の金型に円筒状のエアベントが設けられ、さらに、第一の金型に対向する面に開けられた円の外側に放射状の溝が設けられている。

次に、本発明の光半導体パッケージについて説明する。本発明の光半導体パッケージは、上記において説明した光半導体パッケージ用トランスファモールド金型を用いて製造することができる。例えば、図１に示すように、第一の金型と第二の金型の間にリードフレームを配置し、サイドゲート部から樹脂組成物を注入し、これを適切な条件で熱硬化させ、第一の金型及び第二の金型を外す。これにより、硬化した樹脂組成物からなる枠（リフレクタ）に周囲を囲まれた光半導体素子搭載部（凹部）を有する光半導体パッケージが得られる。光半導体素子搭載部に露出しているリードフレームには、電気めっきなど方法によりめっきを施してもよい。

樹脂組成物としては、硬化して光反射機能を発揮する樹脂組成物が好ましく、熱硬化性樹脂組成物がより好ましい。具体的には、エポキシ樹脂を必須成分とし、さらに任意成分として硬化剤、硬化促進剤、無機充填材、白色顔料、カップリング剤などを含む組成物を好ましく用いることができる。

樹脂組成物に使用できるエポキシ樹脂としては、電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料で一般に使用されているものを用いることができ、それを例示すればフェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂をはじめとするフェノール類とアルデヒド類のノボラック樹脂をエポキシ化したもの、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、アルキル置換ビスフェノール等のジグリシジルエーテル、ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸等のポリアミンとエピクロルヒドリンの反応により得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂、オレフィン結合を過酢酸等の過酸で酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂、脂環族エポキシ樹脂等があり、これらを適宜何種類でも併用することができる。またこれらのうち比較的着色のないものが好ましく、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、ジグリシジルイソシアヌレート、トリグリシジルイソシアヌレートを挙げることができる。

硬化剤としては、エポキシ樹脂と反応するものであれば、特に制限なく用いることができるが、比較的着色のないものが好ましい。例えば、酸無水物硬化剤、イソシアヌル酸誘導体、フェノール系硬化剤などが挙げられる。

酸無水物系硬化剤としては、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、無水ジメチルグルタル酸、無水ジエチルグルタル酸、無水コハク酸、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が挙げられ、イソシアヌル酸誘導体としては、１，３，５−トリス（１−カルボキシメチル）イソシアヌレート、１，３，５−トリス（２−カルボキシエチル）イソシアヌレート、１，３，５−トリス（３−カルボキシプロピル）イソシアヌレート、１，３−ビス（２−カルボキシエチル）イソシアヌレートなどが挙げられる。

これらの硬化剤の中では、無水フタル酸、無水トリメリット酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、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、無水グルタル酸、無水ジメチルグルタル酸、無水ジエチルグルタル酸、１，３，５−トリス（３−カルボキシプロピル）イソシアヌレートを用いることが好ましい。硬化剤は、その分子量が１００〜４００程度のものが好ましく、また無色ないし淡黄色のものが好ましい。

エポキシ樹脂と、硬化剤との配合割合は、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量に対して、硬化剤におけるエポキシ基と反応可能な活性基が０．５〜１．５当量となるような割合であることが好ましく、０．７〜１．２当量となるような割合であることがより好ましい。活性基が０．５当量未満の場合には、エポキシ樹脂組成物の硬化速度が遅くなるとともに、得られる硬化体のガラス転移温度が低くなる場合があり、一方、１．５当量を超える場合には、耐湿性が低下する場合がある。

硬化促進剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、トリエチレンジアミン、トリ−２，４，６−ジメチルアミノメチルフェノール等の３級アミン類、２−エチル−４メチルイミダゾール、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、テトラ−ｎ−ブチルホスホニウム−ｏ，ｏ−ジエチルホスホロジチオエート、テトラ−ｎ−ブチルホスホニウム−テトラフルオロボレート、テトラ−ｎ−ブチルホスホニウム−テトラフェニルボレート等のリン化合物、４級アンモニウム塩、有機金属塩類及びこれらの誘導体などが挙げられる。これらは単独で使用してもよく又は併用してもよい。これらの硬化促進剤の中では、３級アミン類、イミダゾール類、リン化合物を用いることが好ましい。

硬化促進剤の含有率は、エポキシ樹脂に対して、０．０１〜８．０重量％であることが好ましく、より好ましくは、０．１〜３．０重量％がより好ましい。硬化促進剤の含有率が、０．０１重量％未満では、十分な硬化促進効果を得られない傾向があり、また、８．０重量％を超えると、得られる成形体に変色が見られる傾向がある。

無機の充填材としては、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、硫酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウムからなる群の中から選ばれる少なくとも１種以上を用いることができるが、熱伝導性、光反射特性、成型性、難燃性の点からシリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムの混合物が好ましい。また無機の充填材の粒径は特に制限するものではないが、白色顔料とのパッキングが効率良くなるように１〜１００μｍの範囲のものを用いることが好ましい。

無機の充填材の充填量は、充填量が１０体積％〜８５体積％の範囲であることが好ましく、１０体積％未満であると光反射特性が十分でなく８５体積％を超えると成型性が悪くなり基板の作製が困難となる傾向がある。

白色顔料としては、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、無機中空粒子を用いることができる。無機中空粒子は、例えば、シリカ、珪酸ソーダガラス、アルミ珪酸ガラス、硼珪酸ソーダガラス、シラス等が挙げられる。

白色顔料の粒径は、中心粒径が０．１〜５０μｍの範囲にあることが好ましく、０．１μｍ未満であると粒子が凝集しやすく分散性が悪くなる傾向があり、５０μｍを超えると反射特性が十分に得られなくなる傾向がある。

カップリング剤としては、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤等があり、シランカップリング剤としては、一般にエポキシシラン系、アミノシラン系、カチオニックシラン系、ビニルシラン系、アクリルシラン系、メルカプトシラン系及びこれらの複合系等が任意の付着量で多々用いられる。カップリング剤の種類や処理条件は特に限定しないが、カップリング剤の付着量は５重量％以下が好ましい。

その他、添加剤として、酸化防止剤、離型剤、イオン捕捉剤等を添加してもよい。

さらに、本発明の光半導体パッケージを用いることにより、光半導体装置を製造することができる。本発明の光半導体装置は、例えば、光半導体パッケージの樹脂硬化物からなる枠（リフレクタ）で囲まれた光半導体素子搭載部（凹部）の所定位置に光半導体素子を搭載し、この光半導体素子とリードフレームとをボンディングワイヤやはんだバンプなどの公知の方法により電気的に接続した後、公知の蛍光体などを含む透明封止樹脂により光半導体素子を覆うことにより製造することができる。

以下、本発明を実施例により詳述するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。

（実施例１）
〔金型〕
上金型として、略正方形の光半導体パッケージの形状に対応するキャビティ部（凹部）、サイドゲート部、サイドゲート部と最終端部との間に光半導体素子を搭載する枠を形成するための凸部、及び、サイドゲート部以外の３つの角にエアベントを設けた金型を製造した。光半導体素子を搭載する枠を形成するための凸部に対向させる平板状の下金型には、凸部が対向する位置に、断面がリング状のエアベントを形成した。リング状エアベントの幅は、５０μｍとした。（図１）
〔樹脂組成〕
エポキシ樹脂：トリグリシジルイソシアヌレート １００重量部（エポキシ当量１００）
硬化剤：ヘキサヒドロ無水フタル酸 １４０重量部
硬化促進剤：テトラ−ｎ−ブチルホスホニウム−ｏ，ｏ−ジエチルホスホロジチオエート
２．４重量部
無機充填剤：溶融シリカ（平均粒径２０μｍ） ６００重量部
アルミナ（平均粒径０．７μｍ） ８９０重量部
白色顔料：中空粒子（平均粒径２７μｍ） １８５重量部
カップリング剤：エポキシシラン １９重量部
酸化防止剤：９，１０−ジヒドロ−９−オキサ−１０−ホスファフェナントレン−１０−オキシド １重量部
上記組成の材料を混練温度２０〜３０℃、混練時間１０分の条件でロール混練し、光反射用樹脂組成物を作製した。

〔成型〕
前記トランスファ成形用金型にリードフレームを配置し、前記樹脂組成物を、金型温度１８０℃、９０秒間、６．９ＭＰａの条件のトランスファ成型により、加熱加圧し、成型し、凹み部を持つ光半導体パッケージを作製した。

（実施例２）
放射状のエアベント用溝と断面がリング状のエアベントを形成した下金型を使用した以外は実施例１と同様にして光半導体パッケージを作製した。エアベント用溝は、幅５００μｍ、深さ５０μｍとした。（図２）
（実施例３）
円筒状のエアベントを形成した下金型を使用した以外は実施例１と同様にして光半導体パッケージを作製した。円筒状のエアベントの直径は１ｍｍとした。（図３）
（実施例４）
放射状のエアベント用溝と円筒状のエアベントを形成した下金型を使用した以外は実施例１と同様にして光半導体パッケージを作製した。円筒状のエアベントの直径は１ｍｍ、エアベント用溝は、幅５００μｍ、深さ５０μｍとした。（図４）
（比較例１）
エアベントのない下金型を用いた以外は実施例１と同様にして光半導体パッケージを作製した。

〔成型性評価〕
上述の実施例１〜４及び比較例１におけるパッケージ成形品の評価結果を表１にまとめて示す。

○：ボイド及び未充填の発生なし
×：ボイド又は未充填の発生あり
表１に示されるように、実施例で作製した光半導体パッケージにおいては、ボイド及び未充填がなく良好であった。

本発明の第１の実施例になるトランスファモールド金型を示す断面図（ａ）及び下金型平面図（ｂ）である。 本発明の第２の実施例になるトランスファモールド金型を示す断面図（ａ）及び下金型平面図（ｂ）である。 本発明の第３の実施例になるトランスファモールド金型を示す断面図（ａ）及び下金型平面図（ｂ）である。 本発明の第４の実施例になるトランスファモールド金型を示す断面図（ａ）及び下金型平面図（ｂ）である。 従来のトランスファモールド金型を示す断面図である。 本発明の第１の実施例のトランスファモールド金型を用いて作製した光半導体パッケージの平面図である。 従来のトランスファモールド金型を用いて作製した光半導体パッケージの平面図である。 表面実装型の光半導体装置の一例を示す斜視図及び断面図である。

符号の説明

１ 上金型（第一の金型）
２ 下金型（第二の金型）
３ エアベント
４ リードフレーム
５ キャビティ部
５’ 凹部
６ 凸部
７ エアベント用溝
１０ サイドゲート
１１ エアベント
１２ 最終端部
２０ ボイド
２１ 樹脂未充填部分
１０１ 半導体素子
１０３ 枠
１０４ 凹部
１０５ リードフレーム
１１０ 光半導体装置
２００ 透明封止樹脂

Claims (8)

1. 光半導体素子搭載部である凹部が１つ以上形成された光半導体パッケージを製造するために用いられるトランスファモールド金型であって、前記凹部を形成するための凸部を有する第一の金型と、第一の金型の前記凸部に対向する第二の金型とを有し、第二の金型の前記凸部に対向する部分にエアベントが設けられていることを特徴とする光半導体パッケージ用トランスファモールド金型。
2. 第一の金型がキャビティ部を構成する凹部を有し、キャビティ部を構成する凹部内に前記凸部が設けられている請求項１記載の半導体パッケージ用トランスファモールド金型。
3. エアベントがリング状断面を有する請求項１又は２記載の光半導体パッケージ用トランスファモールド金型。
4. エアベントがリング状断面を有し、第二の金型が、第一の金型の前記凸部に対向する面に、放射状の溝を有する請求項１又は２記載の光半導体パッケージ用トランスファモールド金型。
5. エアベントが円筒状である請求項１又は２記載の光半導体パッケージ用トランスファモールド金型。
6. エアベントが円筒状であり、第二の金型が、第一の金型の前記凸部に対向する面に、放射状の溝を有する請求項１又は２記載の光半導体パッケージ用トランスファモールド金型。
7. 請求項１〜６いずれかに記載の光半導体パッケージ用トランスファモールド金型を用いて形成された光半導体パッケージ。
8. 請求項７記載の光半導体パッケージを用いて製造された光半導体装置。

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