JP2008192880A - 発光装置及びその製造方法並びに発光装置用成形体 - Google Patents
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Abstract
【効果】本発明に係る発光装置は、耐熱性、耐光性及び密着性に優れており、しかも封止樹脂の剥離が抑えられ、高出力でも長期的に安定した出力を発揮できる。
【選択図】図1
Description
この表面実装型発光装置は、量産性の良さから一般に液晶ポリマー、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、ナイロン等の熱可塑性樹脂を成形体に用いる場合が多い。
一方、発光素子を水分や埃等から保護するための封止部材は、エポキシ樹脂が使用されている(例えば、特許文献1:特許第3512732号公報、特許文献2:特開2001−234032号公報、特許文献3:特開2002−302533号公報参照)。
また、発光素子の高出力化に伴い、シリコーン樹脂が使用されている。
エポキシ樹脂は封止部材として使用されているが、成形し難いこと等からリードフレームタイプの表面実装型の成形体としては使用されていない。
また、赤色を発光する発光素子よりも青色を発光する窒化ガリウム系化合物半導体の発光素子の方が高出力であり、発熱量も大きい。そのため、青色に発光する発光素子を使用した場合に成形体の劣化が問題となってくる。
「上記光半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、特にコンパクトデイスクの受光素子封止材料あるいは固体撮像素子であるラインセンサー,エリアセンサーの封止材料に好適に用いることができる。そして、このような光半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用い、例えば固体撮像素子等の受光素子を樹脂封止してなる光半導体装置は、形成画像に、樹脂の光学むらに起因する縞模様や封止樹脂中の異物に起因する黒点が現れることのない高性能品であり、樹脂封止品でありながら、セラミツクパツケージ品と同等かそれ以上の性能を発揮する。」
と記載されているように、その封止樹脂は受光素子に用いられるものであって、発光素子を封止するものではない。
本発明は、430nm以上に発光ピーク波長を有する窒化ガリウム系化合物半導体の発光素子と、該発光素子が載置される、トリアジン誘導体エポキシ樹脂と酸無水物とをエポキシ基当量/酸無水物基当量0.6〜2.0の割合で反応させて得られる反応物及びウィスカーを含む熱硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物を用いる成形体とを有する発光装置に関する。これにより窒化ガリウム系化合物半導体の発光素子を使用した場合でも、耐熱性、耐光性に優れた発光装置を提供することができる。
更に、シリコーンパウダーの配合によっても、樹脂の強度が改善され、パッケージのクラック発生の抑制からも有効である。
前記成形体は、底面と側面を持つ凹部を有しており、前記凹部の底面は前記発光素子が載置されており、ケイ素含有樹脂を有する封止部材で封止することが好ましい。成形体との密着性が大幅に向上するからである。
金型内にリードを配置して前記第1の工程で得られる熱硬化性エポキシ樹脂組成物をトランスファ・モールド工程により成形する第2の工程と、
前記第2の工程で成形される熱硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物の前記リード上に発光素子を載置する第3の工程と
を有する発光装置の製造方法に関する。これにより、簡易に熱硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物の成形体を用いる発光装置を提供することができる。この場合、トリアジン誘導体エポキシ樹脂と酸無水物との反応を、酸化防止剤の存在下で行うようにすること、又はトリアジン誘導体エポキシ樹脂と酸無水物との反応を、硬化触媒又は硬化触媒と酸化防止剤との存在下で行うと共に、硬化触媒の配合を前記反応物として行うようにすることができる。また、上述したように、前記第1工程において、更に(F)シリコーンパウダーを(A)〜(E)成分と共に混合、配合することが好ましい。
なお、本発明において、フォトカプラーは包含されず、除外される。
成形体40として、(A)トリアジン誘導体エポキシ樹脂と酸無水物とをエポキシ基当量/酸無水物基当量0.6〜2.0の割合で反応させて得られる反応物、(B)ウィスカー、(C)反射部材、(D)無機充填剤、(E)硬化触媒、好ましくは更に(F)シリコーンパウダー、(G)酸化防止剤を含有する熱硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物を用いる。以下、各要素について説明する。
本発明に係る熱硬化性エポキシ樹脂組成物は、トリアジン誘導体エポキシ樹脂と酸無水物とを、エポキシ基当量/酸無水物基当量を0.6〜2.0の割合で反応させて得られた反応物を樹脂成分として使用する。
本発明で用いられるトリアジン誘導体エポキシ樹脂は、これを酸無水物と特定の割合で反応させて得られる反応物を樹脂成分として含有することにより、熱硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物の黄変を抑制し、かつ経時劣化の少ない半導体発光装置を実現する。かかるトリアジン誘導体エポキシ樹脂としては、1,3,5−トリアジン核誘導体エポキシ樹脂であることが好ましい。特にイソシアヌレート環を有するエポキシ樹脂は、耐光性や電気絶縁性に優れており、1つのイソシアヌレート環に対して、2価の、より好ましくは3価のエポキシ基を有することが望ましい。具体的には、トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレート、トリス(α−メチルグリシジル)イソシアヌレート、トリス(α−メチルグリシジル)イソシアヌレート等を用いることができる。
本発明で用いられる(A−2)成分の酸無水物は、硬化剤として作用するものであり、耐光性を与えるために非芳香族であり、かつ炭素炭素二重結合を有さないものが好ましく、例えば、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、水素化メチルナジック酸無水物などが挙げられ、これらの中でもメチルヘキサヒドロ無水フタル酸が好ましい。これらの酸無水物系硬化剤は、1種類を単独で使用してもよく、また2種類以上を併用してもよい。
本発明のエポキシ樹脂組成物には、(B)ウィスカー(無機物ウィスカー状繊維)を配合する。
(B)成分の無機物ウィスカー状繊維は、成形物の強度、靭性を高めるために配合するものである。無機物繊維には、ガラス繊維やホウ珪酸ガラス、ロックウールのような非晶質繊維、カーボン繊維やアルミナ繊維のような多結晶繊維、チタン酸カリウム、珪酸カルシウム、珪酸ガラス、ホウ酸アルミニウムのような単結晶繊維、更には硫酸マグネシウム、炭化珪素、窒化珪素等や金属繊維などが挙げられ、どのタイプでも構わない。但し、優れた高強度を得るのは、単結晶繊維が好適である。
本発明のエポキシ樹脂組成物には、反射部材を配合する。(C)成分の反射部材は、白色着色剤として、白色度を高めるために配合するものであり、反射部材としては二酸化チタンを用いることが好ましく、この二酸化チタンの単位格子はルチル型、アナタース型、ブルカイト型のどれでも構わない。また、平均粒径や形状も限定されないが、平均粒径は通常0.05〜5.0μmである。上記二酸化チタンは、樹脂や無機充填剤との相溶性、分散性を高めるため、AlやSiなどの含水酸化物等で予め表面処理することができる。また、反射部材(白色着色剤)として、二酸化チタン以外にチタン酸カリウム、酸化ジルコン、硫化亜鉛、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等を単独で又は二酸化チタンと併用して使用することもできる。
本発明のエポキシ樹脂組成物には、更に無機充填剤を配合する。配合される(D)成分の無機充填剤としては、通常エポキシ樹脂組成物に配合されるものを使用することができる。例えば、溶融シリカ、結晶性シリカ等のシリカ類、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、ガラス繊維、三酸化アンチモン等が挙げられるが、上記した反射部材(白色着色剤)は除かれる。
なお、平均粒径は、レーザー光回折法による粒度分布測定における質量平均値D50(又はメジアン径)として求めることができる。
このようなカップリング剤としては、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、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等のエポキシ官能性アルコキシシラン、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、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ官能性アルコキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプト官能性アルコキシシランなどを用いることが好ましい。なお、表面処理に用いるカップリング剤の配合量及び表面処理方法については特に制限されるものではない。
(E)成分の硬化触媒としては、エポキシ樹脂組成物の硬化触媒として公知のものが使用でき、特に限定されないが、第三級アミン類、イミダゾール類、それらの有機カルボン酸塩、有機カルボン酸金属塩、金属−有機キレート化合物、芳香族スルホニウム塩、有機ホスフィン化合物類、ホスホニウム化合物類等のリン系硬化触媒、これらの塩類等の1種又は2種以上を使用することができる。これらの中でも、イミダゾール類、リン系硬化触媒、例えば2−エチル−4−メチルイミダゾール又はメチル−トリブチルホスホニウム−ジメチルホスフェイト、第四級ホスホニウムブロマイドが更に好ましい。
また、エポキシ樹脂成分には、更に下記の成分を配合することができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物には、更に、(F)シリコーンパウダーを配合することが好ましい。このシリコーンパウダーの配合により、封止樹脂の熱膨張、熱収縮や外力による成形体に加わる応力を緩和することができる
なお、本発明において、平均粒径は、レーザー光回折散乱法により測定することができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要により、酸化防止剤を配合することができる。
(G)成分の酸化防止剤としては、フェノール系、リン系、硫黄系酸化防止剤を使用でき、酸化防止剤の具体例としては、以下のような酸化防止剤が挙げられる。
また、本発明の組成物には、必要に応じて、(A−1)成分以外のエポキシ樹脂を本発明の効果を損なわない範囲で一定量以下(特に、(A−1)成分100質量部に対して0〜40質量部、特に5〜20質量部)配合することができる。このエポキシ樹脂の例として、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、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ビフェノール型エポキシ樹脂又は4,4’−ビフェノール型エポキシ樹脂のようなビフェノール型エポキシ樹脂、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、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレンジオール型エポキシ樹脂、トリスフェニロールメタン型エポキシ樹脂、テトラキスフェニロールエタン型エポキシ樹脂、及びフェノールジシクロペンタジエンノボラック型エポキシ樹脂の芳香環を水素化したエポキシ樹脂等が挙げられる。
また、その他のエポキシ樹脂の軟化点は70〜100℃であることが好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物には、更に必要に応じて各種の添加剤を配合することができる。例えば、樹脂の性質を改善する目的で種々の熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、有機合成ゴム、脂肪酸エステル、グリセリン酸エステル等の内部離型剤、ハロゲントラップ剤等の添加剤を本発明の効果を損なわない範囲で添加配合することができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物を調製する場合の方法としては、反応物として、予め(A−1),(A−2)成分、又は(A−1),(A−2),(G)成分を混合して、70〜120℃、好ましくは80〜110℃の温度範囲にて、又は、予め(A−1),(A−2),(E)成分、又は(A−1),(A−2),(E),(G)成分の各成分を混合して30〜80℃、好ましくは40〜60℃の温度範囲にて、無溶媒の加温可能な反応釜等の装置により均一に溶融混合し、混合物が常温で取扱うのに十分な軟化点、具体的には50〜100℃、より好ましくは60〜90℃になるまで増粘させたものを冷却して、固形化したものを使用する。
この場合、成形の最も一般的な方法としては低圧トランスファ・モールド成形法が挙げられる。なお、本発明のエポキシ樹脂組成物の成形温度は150〜185℃で30〜180秒行うことが望ましい。後硬化は150〜195℃で2〜20時間行ってもよい。
図1において、発光素子10は、430nm以上に発光ピーク波長を持つものを使用する。この波長以上であれば成形体40は高い反射率を示し、耐光性を有するからである。特に窒化ガリウム系化合物半導体を用いることが好ましい。従来のPPSを用いた成型体に窒化ガリウム系化合物半導体の発光素子を載置した発光装置では、該成型体が該発光素子からの熱により劣化する問題を有している。窒化ガリウム系化合物半導体の発光素子はGaP系、GaAs系等の発光素子よりも電流投入時の発熱量が大きいためである。窒化ガリウム系化合物半導体の発光素子10は基板上にGaN、InGaN、InAlGaN等の半導体を発光層として形成させたものが用いられる。
図1において、封止部材50は、トリアジン誘導体エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂又はシリコーン樹脂に代表されるケイ素含有樹脂を用いることが好ましい。
トリアジン誘導体エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂を用いる封止部材50は、成形体40と同一系統の材質であるため、密着性を高めることができる。この場合、上記エポキシ樹脂としては、トリアジン誘導体エポキシ樹脂と酸無水物とをエポキシ基当量/酸無水物基当量0.6〜2.0の割合で反応させて得られるものを使用することができる。窒化ガリウム系化合物半導体の発光素子10は、電流投入時に100℃以上になるため、わずかではあるが封止部材50と成形体40は共に熱膨張する。そのため封止部材50と成形体40とを同一系統の部材を使用することにより熱膨張係数が近似したものとなり、封止部材50と成形体40との界面の剥離が生じ難い。
蛍光体70は発光素子10からの光を吸収し、異なる波長の光に波長変換するものであればよい。例えば、Y3Al5O12:Ce、(Y,Gd)3Al5O12:Ce、Y3(Al,Ga)5O12:Ce等で表されるCe等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類系アルミン酸塩蛍光体等を用いることができる。
白色エポキシ樹脂組成物
エポキシ樹脂9質量部、酸無水物14質量部、酸化防止剤0.1質量部を予め反応釜により、80℃にて5時間溶融混合し、冷却して固化させた後、粉砕した。これに下記(B),(F)成分を表1に示す割合となるように配合すると共に、(C)成分を6質量部、(D)成分を70質量部、(E)成分を0.1質量部配合し、熱2本ロールにて均一に溶融混合し、冷却、粉砕して発光装置用の成形体である白色エポキシ樹脂組成物の硬化物を得た。使用した原材料を下記に示す。
(A)トリアジン誘導体エポキシ樹脂
トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアネート(TEPIC−S:日産化学工業(株)製商品名、エポキシ当量100)
(B)酸無水物
非炭素炭素二重結合酸無水物;メチルヘキサヒドロ無水フタル酸(リカシッドMH:新日本理化(株)製商品名)
(B)ウィスカー
(B−1)チタン酸カリウム(ティスモD:大塚化学(株)製商品名、線径0.5μm、長さ15μm、アスペクト比30)
(B−2)珪酸カルシウム(KH−30:関西マテック(株)製商品名、線径15μm、長さ100μm、アスペクト比7)
(B−3)珪酸ガラス(REV−9:NSG Vetorotex(株)製商品名、線径13μm、長さ35μm、アスペクト比3)
(B−4)ホウ酸アルミニウム(アルボレックスYS2B:四国化成工業(株)製商品名、線径1μm、長さ20μm、アスペクト比20)
(C)反射部材
二酸化チタン;ルチル型(R−45M:堺化学工業(株)製商品名)
(D)無機充填剤;破砕溶融シリカ((株)龍森製商品名)
(E)硬化触媒
リン系硬化触媒;第四級ホスホニウムブロマイド(U−CAT5003;サンアプロ(株)製商品名)
(F)シリコーンパウダー、
(F−1)シリコーンレジンで被覆したシリコーン複合パウダー(KMP−605;信越化学工業(株)製商品名、平均粒径2μm)
(F−2)シリコーンパウダー(トレフィルE−500;東レ・ダウコーニング(株)製商品名、平均粒径3μm)
(G)酸化防止剤
リン系酸化防止剤;亜リン酸トリフェニル(和光純薬(株)製商品名)
銅合金よりなるリードフレームに上記エポキシ樹脂組成物よりなる成形体をトランスファ・モールド工程により成形した。成形体は、底面と側面を持つ凹部を有する。InGanを発光層とするサファイヤ基板からなる青色発光の発光素子はエポキシ樹脂接着剤を用いて載置した。発光素子とリードフレームとは直径30μmの金線ワイヤを用いて電気的接続を行った。発光素子が底面に載置されている凹部を有する成形体に封止部材を滴下した。封止部材は、シリコーン樹脂100質量部に対しYAG蛍光体30質量部と酸化珪素よりなる光拡散剤5質量部を含むものを使用し、室温から150℃まで3時間かけ昇温し、150℃で5時間硬化させた。最後にリードフレームより切り出しを行い、白色発光の発光装置を得た。
(封止樹脂の剥離性)
85℃で500時間通電後、顕微鏡で成形体と封止樹脂間の剥離を確認した。剥離は、成形体と封止樹脂との界面に少なくとも一部が剥離した部分があれば剥離したものとした。表1中、剥離したものを「×」、剥離しなかったものを「○」で示した。
(パッケージのクラック)
発光装置を30℃,70%RHで168時間吸湿後、加熱温度260℃,加熱時間10秒でリフロー炉で加熱した。これを5回繰り返し行った。そのとき、パッケージにクラックが発生していないかを確認した。パッケージの一部にでもクラックが発生していれば、クラック有りとした。表1中、クラックがあったものを「×」、実用上使用可能であるが、マイクロクラックがあったものを「△」、クラックがなかったものを「○」で示した。
(成形性)
金型温度180℃でトランスファー成形したとき、パッケージの一部の未充填部の有無で確認した。表1中、パッケージの一部に未充填部分があったものを「×」、微小な未充填があったものを「△」、未充填部分がなかったものを「○」で示した。
20 第1のリード
30 第2のリード
40 成形体
50 封止部材
60 ワイヤ
70 蛍光体
100 発光装置
Claims (15)
- 430nm以上に発光ピーク波長を有する窒化ガリウム系化合物半導体の発光素子と、該発光素子が載置される、トリアジン誘導体エポキシ樹脂と酸無水物とをエポキシ基当量/酸無水物基当量0.6〜2.0の割合で反応させて得られる反応物及びウィスカーを必須成分とする熱硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物を用いる成形体と、を有する発光装置。
- 前記成形体は、(A)前記トリアジン誘導体エポキシ樹脂と酸無水物とをエポキシ基当量/酸無水物基当量0.6〜2.0の割合で反応させて得られる反応物、(B)ウィスカー、(C)反射部材、(D)無機充填剤、(E)硬化触媒を含有する熱硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物である請求項1に記載の発光装置。
- 反射部材(C)の充填量が組成物全体の2〜80質量%である請求項1又は2記載の発光装置。
- トリアジン誘導体エポキシ樹脂と酸無水物との反応を、酸化防止剤の存在下で行うようにした請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発光装置。
- トリアジン誘導体エポキシ樹脂と酸無水物との反応を、硬化触媒又は硬化触媒と酸化防止剤との存在下で行うようにした請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記熱硬化性エポキシ樹脂組成物が、更に(F)シリコーンパウダーを含有する請求項1乃至5のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記成形体は、430nm以上の反射率が70%以上である請求項1乃至6のいずれか1項に記載のの発光装置。
- 前記成形体は、底面と側面を持つ凹部を有しており、前記凹部の底面は前記発光素子が載置されており、前記発光素子はケイ素含有樹脂を有する封止部材で封止されている請求項1〜7のいずれか1項に記載の発光装置。
- (A)トリアジン誘導体エポキシ樹脂と酸無水物とをエポキシ基当量/酸無水物基当量0.6〜2.0の割合で反応させて得られる反応物に、(B)ウィスカー、(C)反射部材、(D)無機充填剤及び(E)硬化触媒を混合する第1の工程と、
金型内にリードを配置して前記第1の工程で得られる熱硬化性エポキシ樹脂組成物をトランスファ・モールド工程により成形する第2の工程と、
前記第2の工程で成形される熱硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物の前記リード上に発光素子を載置する第3の工程と
を有する発光装置の製造方法。 - トリアジン誘導体エポキシ樹脂と酸無水物との反応を、酸化防止剤の存在下で行うようにした請求項9に記載の発光装置の製造方法。
- トリアジン誘導体エポキシ樹脂と酸無水物との反応を、硬化触媒又は硬化触媒と酸化防止剤との存在下で行うと共に、硬化触媒の配合を前記反応物として行うようにした請求項9に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1工程において、更に(F)シリコーンパウダーを(A)〜(E)成分と共に混合するようにした請求項9乃至11のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
- (A)トリアジン誘導体エポキシ樹脂と酸無水物とをエポキシ基当量/酸無水物基当量0.6〜2.0の割合で反応させて得られる反応物、(B)ウィスカー、(C)反射部材、(D)無機充填剤、(E)硬化触媒を含有する熱硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物にて形成される発光装置用成形体。
- 熱硬化性エポキシ樹脂組成物が、更に(F)シリコーンパウダーを含有する請求項13に記載の発光装置用成形体。
- 熱硬化性エポキシ樹脂組成物が、更に(G)酸化防止剤を含有する請求項13又は14に記載の発光装置用成形体。
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