JP2007059505A

JP2007059505A - 面実装型ｌｅｄパッケージ

Info

Publication number: JP2007059505A
Application number: JP2005240786A
Authority: JP
Inventors: Isao Ichikawa; 功市川; Saeko Suzuki; 佐江子鈴木; Takeshi Uchida; 健内田
Original assignee: Kyocera Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2007-03-08

Abstract

【課題】耐紫外線性、耐熱性に優れ、光束利用率が高く、実装後の光度が高い面実装型ＬＥＤパッケージを提供すること。
【解決手段】樹脂基板又は金属フレーム上にマウントされた半導体発光素子を、透明樹脂のケースで覆ってなるＬＥＤパッケージであって、上記樹脂基板又は金属フレームと上記半導体発光素子とが、透明又は白色の接着剤により接合されてなる面実装型ＬＥＤパッケージである。
【選択図】なし

Description

本発明は面実装型ＬＥＤパッケージ、さらに詳しくは、半導体発光素子が、樹脂基板又は金属フレーム上に透明又は白色の接着剤により接合されてなる、実装後の光度が高い面実装型ＬＥＤパッケージに関する。

従来、バックライト、表示板、ディスプレイ、各種インジケーター等に使用されている発光ダイオード等の半導体発光素子は、銀粒子を含む導電性銀ペーストによる接合が一般的である。そして、この導電性銀ペーストとして、通常、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の酸無水物硬化系に銀粒子を高充填させたものが、電気伝導性及び接着性に優れることから多用されている。
しかしながら、近年、発光効率のよい青色などの短波長の光を発光し、かつ素子下面より電気的導通を確保する必要の無い素子が実用化され、それに伴い、次のような問題が生じてきている。
すなわち、上記のような青色等の短波長の光を発光する素子においては、副次的に近紫外光を発光する。一方、ペースト材に使用されているビスフェノールＡ型エポキシ樹脂は、ベンゼン環を含んでおり、この不飽和結合をもつベンゼン環等は紫外線を吸収しやすいため、発光素子から発生する紫外線により、樹脂もしくは銀粒子、特に銀粒子が着色してしまい素子より発光された光を吸収することにより、光束利用率が低下するという問題が生じる。また、酸無水物も紫外線吸収をする不飽和結合をもつため、樹脂の着色の要因となっている。

本発明は、このような状況下で、耐紫外線性、耐熱性に優れ、光束利用率が高く、実装後の光度が高い面実装型ＬＥＤパッケージを提供することを目的とするものである。

本発明者らは、上記の好ましい性質を有する面実装型ＬＥＤパッケージを開発すべく鋭意研究を重ねた結果、樹脂基板又は金属フレームと半導体発光素子との接合を、透明又は白色の接着剤、好ましくは特定の組成を有する透明エポキシ樹脂組成物又は特定の組成を有する白色エポキシ樹脂組成物からなる接着剤を用いて行うことにより、その目的を達成し得ることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、
（１）樹脂基板又は金属フレーム上にマウントされた半導体発光素子を、透明樹脂のケースで覆ってなるＬＥＤパッケージであって、上記樹脂基板又は金属フレームと上記半導体発光素子とが、透明又は白色の接着剤により接合されていることを特徴とする面実装型パッケージ、
（２）透明接着剤の硬化物が、波長４６０ｎｍの光路長１ｍｍにおける光透過率８０％以上のものである上記（１）項に記載の面実装型ＬＥＤパッケージ、
（３）透明接着剤が、（Ａ）波長４６０ｎｍの光路長１ｍｍの光透過率が８０％以上である液状エポキシ樹脂と、（Ｂ）有機アルミニウム化合物と、（Ｃ）水酸基及び／又はアルコキシ基を有する有機ケイ素化合物を含む透明エポキシ樹脂組成物である上記（１）又は（２）項に記載の面実装型ＬＥＤパッケージ、
（４）白色接着剤の硬化物が、波長４６０ｎｍの光反射率９０％以上のものである上記（１）項に記載の面実装型ＬＥＤパッケージ、
（５）白色接着剤が、（Ａ）波長４６０ｎｍの光路長１ｍｍの光透過率が８０％以上である液状エポキシ樹脂と、（Ｂ）有機アルミニウム化合物と、（Ｃ）水酸基及び／又はアルコキシ基を有する有機ケイ素化合物と、（Ｄ）酸化チタン及び／又は硫酸バリウムを含む白色エポキシ樹脂組成物である上記（１）又は（４）項に記載の面実装型ＬＥＤパッケージ、及び
（６）（Ａ）成分の液状エポキシ樹脂が、式（Ｉ）及び／又は一般式（II）

［一般式（II）において、Ｒ¹は水素原子又は炭素数１〜１０のアルキル基、ｎは１〜３０の整数を示す。］
で表される脂環式エポキシ樹脂である上記（３）又は（５）項に記載の面実装型ＬＥＤパッケージ、
を提供するものである。

本発明によれば、耐紫外線性、耐熱性に優れ、光束利用率が高く、実装後の光度が高い面実装型ＬＥＤパッケージを提供することができる。

本発明の面実装型ＬＥＤパッケージ（以下、単にＬＥＤパッケージと称することがある。）は、樹脂基板又は金属フレーム上にマウントされた半導体発光素子を、透明樹脂のケースで覆ってなるＬＥＤパッケージであり、そして、上記樹脂基板又は金属フレームと上記半導体発光素子とが、透明又は白色の接着剤により接合されている。
本発明のＬＥＤパッケージにおける樹脂基板の材料としては、例えばＦＲ−４、ＦＲ−５、Ｂ．Ｔ．及びポリイミドなどが挙げられ、一方、金属フレームの材料としては、例えばＣｕ合金、Ｆｅ、Ｎｉ４２％Ｆｅ合金、及びこれらをＡｇメッキしたものなどが挙げられる。
上記の樹脂基板又は金属フレームと半導体発光素子とを接合する透明接着剤としては、その硬化物が、波長４６０ｎｍの光路長１ｍｍにおける光透過率８０％以上のものであることが好ましく、このような性状を満たす透明接着剤であれば特に制限はないが、例えば（Ａ）波長４６０ｎｍの光路長１ｍｍの光透過率が８０％以上である液状エポキシ樹脂と、（Ｂ）有機アルミニウム化合物と、（Ｃ）水酸基及び／又はアルコキシ基を有する有機ケイ素化合物を含む透明エポキシ樹脂組成物を好ましく用いることができる。

一方、白色接着剤としては、その硬化物が、波長４６０ｎｍの光反射率９０％以上のものであることが好ましく、このような性状を有する白色接着剤であれば特に制限はないが、例えば上記の（Ａ）成分と、（Ｂ）成分と、（Ｃ）成分と、（Ｄ）酸化チタン及び／又は硫酸バリウムを含む白色エポキシ樹脂組成物を好ましく用いることができる。
なお、光透過率及び光反射率の測定方法については後で説明する。
上記の透明エポキシ樹脂組成物及び白色エポキシ樹脂組成物における（Ａ）成分の液状エポキシ樹脂としては、波長４６０ｎｍの光路長１ｍｍの光透過率が８０％以上であって、耐紫外線性などに優れることから、脂環式エポキシ樹脂が好ましく、特に式（Ｉ）及び／又は一般式（II）

［一般式（II）において、Ｒ¹は水素原子又は炭素数１〜１０のアルキル基、ｎは１〜３０の整数を示す。］
で表される脂環式エポキシ樹脂が好適である。
上記一般式（II）において、Ｒ¹のうちの炭素数１〜１０のアルキル基としては、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。このようなアルキル基の例としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、各種ペンチル基、各種ヘキシル基、各種オクチル基、各種デシル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基などを挙げることができる。
本発明においては、脂環式エポキシ樹脂として、上記式（Ｉ）及び一般式（II）で表される脂環式エポキシ樹脂以外に、分子内に飽和炭化水素環とエポキシ基を有するもの、例えばヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルエステル、水素化ビスフェノールＡジグリシジルエーテルなどを用いることができる。
本発明においては、（Ａ）成分の液状エポキシ樹脂として、上記エポキシ樹脂を１種単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

上記の透明エポキシ樹脂組成物及び白色エポキシ樹脂組成物における（Ｂ）成分の有機アルミニウム化合物は、上記（Ａ）成分のエポキシ樹脂に対して、硬化促進剤として機能するものであり、例えばトリメトキシアルミニウム、トリエトキシアルミニウム、トリイソプロポキシアルミニウム、イソプロポキシジエトキシアルミニウム、トリブトキシアルミニウムなどのアルコキシ化合物、トリアセトキシアルミニウム、トリステアラートアルミニウム、トリブチラートアルミニウムなどのアシロオキシ化合物、アルミニウムイソプロピレート、アルミニウムｓｅｃ−ブチレート、アルミニウムｔｅｒｔ−ブチレート、アルミニウムトリス（エチルアセトアセテート）、トリスヘキサフルオロアセチルアセトナートアルミニウム、トリスエチルアセトアセテートアルミニウム、トリス（ｎ−プロピルアセトアセテート）アルミニウム、トリス（イソプロピルアセトアセテート）アルミニウム、トリス（ｎ−ブチルアセトアセテート）アルミニウム、トリスサリチルアルデヒドアルミニウム、トリス（２−エトキシカルボニルフェノラート）アルミニウム、トリス（アセチルアセトナート）などのキレート化合物等が挙げられる。これらの有機アルミニウム化合物は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。これらの中でもアルコキシ化合物、キレート化合物が好ましく、キレート化合物がより好ましい。
この（Ｂ）成分の有機アルミニウム化合物は、上記（Ａ）成分の液状エポキシ樹脂１００質量部に対して、０．００５〜１０質量部の割合で配合することが好ましい。有機アルミニウム化合物の配合量が０．００５質量部以上であれば、エポキシ樹脂の硬化が十分となり、良好な接着性が発現する。一方、該配合量が１０質量部以下であれば反応の加速を抑制することができる。この有機アルミニウム化合物のより好ましい配合量は、０．０１〜５質量部である。

上記の透明エポキシ樹脂組成物及び白色エポキシ樹脂組成物における（Ｃ）成分の有機ケイ素化合物は、少なくとも１つのケイ素原子に直接結合した水酸基及び／又はアルコキシ基を少なくとも１つ有する化合物であり、上記有機アルミニウム化合物と同様に、エポキシ樹脂に対して、硬化促進剤として機能する。
この有機ケイ素化合物としては、例えば一般式（III）

（式中、Ｒ²はアルキル基、フェニル基、アラルキル基、ビニル基、アリル基、アルコキシ基又は水酸基を示し、複数のＲ²は同一でも異なっていてもよく、Ｒ³は水素原子又はアルキル基を示す。）
で表されるオルガノシラン化合物や、一般式（IV）

（式中、Ｒ⁴はアルキル基、フェニル基、アラルキル基、ビニル基、アリル基、アルコキシ基又は水酸基を示し、複数のＲ⁴はたがいに同一でも異なっていてもよいが、少なくとも１個はアルコキシ基又は水酸基であり、ｍは０以上の整数、好ましくは１〜３０の整数を示す。）
で表されるポリシロキサン化合物が挙げられる。
これらの有機ケイ素化合物の具体例としては、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジイソプロポキシシラン、ジフェニルジアセトキシシラン、トリフェニルメトキシシラン、トリフェニルエトキシシラン、ジフェニルビニルエトキシシランなどのアルコキシシラン化合物、ジフェニルジシラノール、ジフェニルメチルシラノール、トリメチルシラノール、トリフェニルシラノールなどのアルキルシラノール化合物などが挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
この（Ｃ）成分の有機ケイ素化合物は、上記（Ａ）成分の液状エポキシ樹脂１００質量部に対して、０．０１〜２０質量部の割合で配合することが好ましい。有機ケイ素化合物の配合量が０．０１質量部以上であれば、エポキシ樹脂の硬化が十分となり、良好な接着性が発現する。一方、該配合量が２０質量部以下であれば反応の加速を抑制することができる。この有機ケイ素化合物のより好ましい配合量は、０．０１〜１０質量部である。
本発明においては、本発明の効果が阻害されない範囲で、上記の有機アルミニウム化合物及び有機ケイ素化合物以外の硬化促進剤を併用することができる。併用する硬化促進剤としては、一般的にエポキシ樹脂の硬化促進剤として用いられるもので、イミダゾール化合物、リン化合物、ジアザ化合物、第３級アミン等を挙げることができる。

上記の白色エポキシ樹脂組成物における（Ｄ）成分の酸化チタンは、その結晶構造からルチル型、アナターゼ型に大別することができるが、いずれの構造のものでもよい。また、その粒子径については特に制限はない。この酸化チタンは、その表面をシラン系、アルミネート系、チタネート系、ジルコネート系などのカップリング剤等で処理したものであってもよい。
一方、硫酸バリウムは、様々な粒径のものや、表面処理されたものがあるが、所望の光反射率が得られるものであればよく、その種類については特に制限はない。
当該白色エポキシ樹脂組成物においては、この酸化チタン及び／又は硫酸バリウムは、上記（Ａ）成分の液状エポキシ樹脂１００質量部に対して、５〜９０質量部の割合で配合することが好ましい。この酸化チタン及び／又は硫酸バリウムの配合量が上記範囲にあれば、他の物性を損なうことなく、所望の光反射率を実現することができる。より好ましい酸化チタン及び／又は硫酸バリウムの配合量は、２０〜６０質量部である。

本発明において、透明接着剤として用いられる透明エポキシ樹脂組成物は、上記の（Ａ）液状エポキシ樹脂、（Ｂ）有機アルミニウム化合物、（Ｃ）有機ケイ素化合物、及び必要に応じて用いられる無機フィラー、反応性希釈剤、消泡剤などの添加剤を混合し、真空脱泡することにより調製することができる。
一方、白色接着剤として用いられる白色エポキシ樹脂組成物は、上記の（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分、（Ｄ）酸化チタン及び／又は硫酸バリウム、及び必要に応じて用いられる無機フィラー、反応性希釈剤、消泡剤などの添加剤を混合し、真空脱泡することにより調製することができる。

本発明のＬＥＤパッケージにおいては、前述のようにして得られた透明接着剤又は白色接着剤を用いて、樹脂基板又は金属フレームと半導体発光素子とを接合する。この際の硬化条件としては、大気中において、７０〜１７０℃程度の温度で３０分間以上加熱処理することで、透明又は白色に硬化させることができる。
また、その硬化物は、３５０ｎｍ以下の波長をフィルターカットし、３６５ｎｍで約３０ｍＷ／ｃｍ²の照度である高圧水銀灯を１００時間照射後、波長４６０ｎｍにおいて光路長１ｍｍで８０％以上の光透過率もしくは９０％以上の光反射率を有することが好ましい。
上記硬化時における加熱処理温度が７０℃以上であれば硬化時間が実用的な長さとなり、一方１７０℃以下であれば、熱変色による硬化物の光透過率又は光反射率が、波長４６０ｎｍにおいて光路長１ｍｍで８０％未満又は９０％未満になるのを抑制することができる。

本発明のＬＥＤパッケージは、このようにして半導体発光素子を樹脂基板又は金属フレームと接合させ、金ワイヤーなどを用いて電気的導通を行ったのち、透明樹脂のカバーで覆うことにより、すなわち透明樹脂による素子封止を行うことにより、製造することができる。
上記透明樹脂としては、従来半導体発光素子の封止材料として使用されている透明樹脂の中から、任意のものを適宜選択して用いることができるが、耐紫外線性及び耐熱性などに優れる透明樹脂が好ましい。このような透明樹脂としては、例えばシリコーン系樹脂や脂環式エポキシ樹脂などが好ましく用いられる。
このようにして製造された本発明の面実装型ＬＥＤパッケージは、耐紫外線性、耐熱性に優れ、光束利用率が高く、実装後の光度が高いなどの特徴を有し、例えばバックライト、表示板、ディスプレイ、各種インジケーターなどに用いることができる。

次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
なお、各例で調製された接着用樹脂組成物について、以下に示す方法に従って、各種特性を評価した。
（１）光透過率／光反射率
各接着用樹脂組成物を表中の硬化条件で成形し、厚さ１ｍｍの試験片を得た。この試験片を、分光光度計「Ｖ−５７０」（日本分光社製）を用いて波長４６０ｎｍでの光透過率又は光反射率を測定した。
（２）高温放置後の光透過率／光反射率
上記（１）の１ｍｍ厚試験片を１５０℃環境下に１６８時間放置した後の波長４６０ｎｍでの光透過率または光反射率を上記（１）と同様の方法で測定した。
（３）ＬＥＤパッケージ初期光度
発光波長４６０ｎｍのＩｎＧａＮ系化合物半導体を用いたＬＥＤパッケージを下記のようにして作製した。
金属フレ−ムとＬＥＤチップを各接着用樹脂組成物を用いて接合させ、金ワイヤーを用いて電気的導通を行ったのち、シリコーン系樹脂による素子封止を行い、ＬＥＤパッケージを作製した。
これに２０ｍＡの電流を流した際の光度を、積分球型光度測定装置［デック・ワールド社製、機種名「ＴＬ−１００ＣＤ」］により測定し、銀ペースト材を用いた場合の相対値を算出した。
（４）ＬＥＤパッケージ１０００時間通電後（２０ｍＡ）の光度
上記（３）で作製したＬＥＤパッケ−ジに２０ｍＡの電流を流し、１０００時間経過した後の光度を測定し、銀ペースト材を用いた場合の初期の値との相対値を算出した。

実施例１〜４及び比較例１
第１表に示す各成分を第１表に示す配合割合で用い、常法に従って各透明接着用樹脂組成物（透明接着剤）又は白色接着用樹脂組成物（白色接着剤）を調製した。すなわち、各成分の一部もしくは全量を、常温もしくは必要に応じ、５０〜１３０℃に加熱して混合し、充分に脱泡処理して、各接着用樹脂組成物（各接着剤）を調製した。
各接着用樹脂組成物について、各種特性を評価した。その結果を第１表に示す。

［注］
１）ビスＡタイプエポキシＤＥＲ−３８３：ビスフェノールＡタイプエポキシ樹脂［ダウケミカル日本社製、商品名「ＤＥＲ−３８３」］
２）酸無水物ＨＮ５５００Ｅ：日立化成工業（株）製、商品名
３）Ｕ−ＣＡＴ−５００３：４級ホスフォニウムブロマイド硬化促進剤［サンアプロ（株）製、商品名「Ｕ−ＣＡＴ−５００３」］
４）脂環式エポキシＵＶＲ−６１０５：３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキシルカルボキシレート［ダウ・ケミカル日本社製、商品名「ＵＶＲ−６１０５」］
５）有機アルミニウム化合物ＡＬＣＨ：エチルアセトアセテートアルミニウムジイソプロピレート［川研ファインケミカル社製、商品名「ＡＬＣＨ」］
６）有機ケイ素化合物ＫＲ２１３：アルコキシメチルフェニルシリコーンオリゴマー［信越化学社製、商品名「ＫＲ２１３」］
７）酸化チタンＣＲ−６０：ルチル型酸化チタン［石原産業（株）製、商品名「ＣＲ−６０」］
８）硫酸バリウムＢ−３０：堺化学工業（株）製、商品名「Ｂ−３０」
９）銀ペースト材ＣＴ−２２０ＨＳ：京セラケミカル（株）製、商品名「ＣＴ−２２０ＨＳ」
第１表から明らかなように、本発明のＬＥＤパッケージは、光度が高い上、長期間にわたって通電した場合もその値を維持していることが分かる。また、ビスフェノールＡタイプのエポキシ樹脂−酸無水物系よりも、脂環式エポキシ樹脂−有機アルミニウム化合物／有機ケイ素化合物系の方が、長期間にわたって通電した場合、光度の維持率が高いことが分かる。

本発明の面実装型ＬＥＤパッケージは、耐紫外線性、耐熱性に優れ、光束利用率が高くて実装後の光度が高く、例えばバックライト、表示板、ディスプレイ、各種インジケーターなどに用いることができる。

Claims

樹脂基板又は金属フレーム上にマウントされた半導体発光素子を、透明樹脂のケースで覆ってなるＬＥＤパッケージであって、上記樹脂基板又は金属フレームと上記半導体発光素子とが、透明又は白色の接着剤により接合されていることを特徴とする面実装型ＬＥＤパッケージ。
透明接着剤の硬化物が、波長４６０ｎｍの光路長１ｍｍにおける光透過率８０％以上のものである請求項１に記載の面実装型ＬＥＤパッケージ。
透明接着剤が、（Ａ）波長４６０ｎｍの光路長１ｍｍの光透過率が８０％以上である液状エポキシ樹脂と、（Ｂ）有機アルミニウム化合物と、（Ｃ）水酸基及び／又はアルコキシ基を有する有機ケイ素化合物を含む透明エポキシ樹脂組成物である請求項１又は２に記載の面実装型ＬＥＤパッケージ。
白色接着剤の硬化物が、波長４６０ｎｍの光反射率９０％以上のものである請求項１に記載の面実装型ＬＥＤパッケージ。
白色接着剤が、（Ａ）波長４６０ｎｍの光路長１ｍｍの光透過率が８０％以上である液状エポキシ樹脂と、（Ｂ）有機アルミニウム化合物と、（Ｃ）水酸基及び／又はアルコキシ基を有する有機ケイ素化合物と、（Ｄ）酸化チタン及び／又は硫酸バリウムを含む白色エポキシ樹脂組成物である請求項１又は４に記載の面実装型ＬＥＤパッケージ。
（Ａ）成分の液状エポキシ樹脂が、式（Ｉ）及び／又は一般式（II）

［一般式（II）において、Ｒ¹は水素原子又は炭素数１〜１０のアルキル基、ｎは１〜３０の整数を示す。］
で表される脂環式エポキシ樹脂である請求項３又は５に記載の面実装型ＬＥＤパッケージ。