JP2008146750A - Optical member sticking method for semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an optical member bonding method for bonding an optical member to a constituent member in a semiconductor device in which the constituent member is filled with a filler.
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。
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。 By the way, when a hologram lens, which is an optical member, is mounted on a package base via an acrylic adhesive, the adhesion between the acrylic adhesive and the package base mainly composed of an epoxy resin is poor. In addition to not being able to obtain a sufficient adhesion strength after bonding, there has been a problem of a peeling phenomenon that occurs during solder mounting, or a decrease in adhesion when repeated thermal strain stress is applied. In particular, in-vehicle hologram lenses are required to have high quality, and although resistance on the temperature cycle is required, it is difficult to ensure the high resistance.
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。 The present invention solves the problems of the prior art and provides an optical member bonding method for a semiconductor device that can adhere an optical member to a constituent member in a semiconductor device with good adhesion and can obtain sufficient adhesive strength. Objective.
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。 In order to achieve the above object, there is provided an optical member bonding method in which an optical member is bonded to the component member in a semiconductor device in which a resin component member is filled with a filler, and the component member is subjected to a blasting process. After the filler is exposed from the surface of the constituent member, the optical member is bonded to the constituent member with an adhesive. With this configuration, the mechanical strength of the resin constituent member is increased in the atmosphere. By forcibly exposing the filler as a filler that is filled to prevent moisture absorption of the filler, the filler is firmly bonded by hydrogen bonding with the acrylic adhesive. For this reason, the adhesiveness of the adhesive part is greatly improved. For example, the peeling phenomenon that occurs at the interface between the resin surface and the adhesive, which may occur during solder mounting, or the adhesiveness when repeated thermal strain stress is applied. The decline in sex is suppressed.
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。 According to the present invention, in a package base that is a component of a semiconductor device, in addition to an epoxy resin that is a molded resin material, for the purpose of preventing mechanical strength and moisture absorption in the atmosphere, for example, a filler and a filler of SiO 2 based as, by forcibly exposing the filler (SiO 2), since the SiO 2 has an OH group which is a polar group on the surface thereof, an acrylic-based adhesive It becomes possible to bond firmly by hydrogen bonding with an agent or the like.
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。 In order to expose the filler, it can be exposed by a surface treatment on the resin surface of a constituent member such as a blasting process, whereby in the present invention, the adhesiveness of the adhesive portion is greatly improved, and there is a concern of occurrence during solder mounting. It is possible to suppress the peeling phenomenon that occurs at the interface between the resin surface of the package base and the adhesive, or the decrease in adhesion when repeated thermal strain stress is applied.
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。 This makes it possible to improve the quality to the level required for in-vehicle use in a hologram unit that is often applied to in-vehicle use.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a hologram unit, which is an example of a semiconductor device, for explaining an embodiment of an optical member bonding method for a semiconductor device according to the present invention.
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。
In FIG. 1, a hologram unit 7 has a lens 3, which is an optical member, bonded to a resin surface of a
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。
2A and 2B are explanatory views schematically showing the surface of the
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。
As shown in FIG. 2A, the SiO 2 filler 11 as a filler is hardly exposed before performing surface treatment such as blast treatment, that is, immediately after molding, when viewed per unit area. On the other hand, when surface treatment such as blast treatment is performed, the SiO 2 filler 11 as the filler can be exposed on the resin surface of the
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。
Blasting is generally performed with the expectation of an anchor effect in close contact with the adhesive by removing the release agent remaining on the resin surface, removing dirt, or forcibly forming irregularities. There are many. In addition to this, the present embodiment is novel in that it focuses on the exposure rate of the SiO 2 filler 11 as a filler and the adhesiveness to the
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。
In general, silica SiO 2 is often used as a filler material as a filler, and since the surface has a polar group such as an OH group, strong adhesion to the
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。
When the SiO 2 filler 11 as a filler is not exposed, that is, when an acrylic adhesive is mainly adhered from the C element and the H element to the epoxy resin surface, the adhesion in a state having no polar group Therefore, it becomes a bond mainly composed of van der Waals force, it adheres with very low adhesion, and there is a concern that solder heat resistance is weak, such as peeling phenomenon due to heat treatment in mounting . Furthermore, there is a concern about quality such that the resistance to the temperature cycle test which is a repeated thermal strain stress test is extremely weak. When the
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。
FIG. 3 is an explanatory diagram that graphs the exposure rate of the SiO 2 filler 11 that is a filler per unit area on the resin surface of the
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。
The higher the blasting pressure, the higher the exposure rate of the SiO 2 filler 11 that is the filler in proportion. When blasting is not performed, the exposure rate per unit area is less than 1%, whereas when blasting is performed, it exceeds 1%, and as the blasting pressure is further increased, the exposure rate tends to increase. It can be seen. As the pressure is increased, the exposure rate is improved and adhesion with the
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。 For example, when the blast processing is performed on the metal surface of the lead 4 or the die pad 6, the wire bonding property for the inner lead part, the die bonding property to the die pad 6 part is deteriorated, and the lead 4 part is not mounted. It is necessary to carefully consider compatibility with solder, so-called deterioration of solderability.
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。
If the exposure rate per unit area of the SiO 2 filler 11 as a filler is set to 2% or more by optimizing the blasting conditions, the quality requirement level for in-vehicle use in the adhesion between the
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。
As in the present embodiment, when adhered by the
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。 The mechanism by which the SiO 2 filler 11 serving as the filler is exposed by the blast treatment is as described above. As a method for managing the exposure rate of the SiO 2 filler 11 serving as the filler, there is a confirmation method using SEM / EDX. is there.
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。 However, when the method is applied to an actual mass production process, it can be easily estimated that a great amount of man-hours and time are generated. As a result of examining an alternative management method, the blasting pressure and the metal surface of the die pad 6 are examined. There was a strong correlation with the surface roughness, and the higher the blasting pressure, the larger the surface roughness tended to be almost linear.
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。
In the present embodiment, by providing a standard for the roughness of the metal surface of the die pad 6 and managing the process, it is possible to manage the die pad 6 with high accuracy and without much man-hours. Since the roughness of the resin surface of the
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。
As a method of exposing the SiO 2 filler 11 is filler, in addition to blasting, with fuming nitric acid which can dissolve the resin surface of the package base 1-chemically, chemically SiO 2 system by etching It is considered possible to expose the SiO 2 filler 11 by exposing the
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。
Furthermore, it is a method in which only the resin component is ashed by O 2 ashing treatment on the resin surface of the
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。 In any method, when the exposure rate per unit area of the SiO 2 filler 11 as a filler is 2% or more, 1000 cycles of a temperature cycle test (−40 ° C. to 85 ° C.) which is a quality requirement level of a vehicle-mounted one. Resistance can be ensured.
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。
Moreover, the adhesion improvement effect by exposing the SiO 2 filler 11 as the filler does not necessarily need to be the filler filler, and the acrylic resin as the adhesive 2 is applied to the resin surface of the
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。 The present invention is applied as a method of adhering an optical member to a component which is a molding resin in various semiconductor devices such as a hologram unit, using an acrylic adhesive, particularly in a hologram unit that is often applied to in-vehicle applications. It is possible and effective to improve the quality to the in-vehicle requirement level.
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)
1
4 Lead 5 Semiconductor laser element 6 Die pad 7
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---|---|---|---|---|
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