JP2008192888A - 発光装置及びその製造方法並びに成形体 - Google Patents

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Abstract

【課題】耐熱性、耐光性共に優れるとともに生産性にも優れた発光装置を提供する。
【解決手段】成形体を、トリアジン誘導体エポキシ樹脂と酸無水物との反応生成物、内部離型剤、反射部材、無機充填剤、硬化触媒を含むエポキシ樹脂組成物であって、上記内部離型剤が、一般式(1)
Figure 2008192888

(R1,R2,R3はH,−OH,−OR,−OCOCabのいずれかであり、少なくともひとつは−OCOCabを含む。RはCn2n+1のアルキル基、aは10〜30の整数、bは17〜61の整数。)で示される熱硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物で構成する。
【選択図】なし

Description

本発明は、照明器具、ディスプレイ、携帯電話のバックライト、動画照明補助光源、その他の一般的民生用光源などに用いられる発光装置及びその製造方法並びに成形体に関する。
発光素子を用いた表面実装型発光装置は、小型で電力効率がよく、鮮やかな色の発光をする。また、この発光素子は半導体素子であるため球切れなどの心配がない。更に初期駆動特性が優れ、振動やオン・オフ点灯の繰り返しに強いという特徴を有する。このような優れた特性を有するため、発光ダイオード(LED)、レーザーダイオード(LD)などの発光素子を用いる発光装置は、各種の光源として利用されている。近年、発光素子の高出力化が急速に進んでいる。
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。
しかしながら、従来の表面実装型発光装置の成形体に用いられる熱可塑性樹脂は耐熱性に優れるものの、分子内に芳香族成分を有するため耐光性に乏しい。また、分子末端に接着性を向上させる水酸基等を有しないため、リードや封止部材との密着性が乏しい。特にシリコーン樹脂を用いる封止部材は、エポキシ樹脂を用いる封止部材に比べ、熱可塑性樹脂を用いる成形体との密着性が大幅に低下するため、長期信頼性に乏しい。
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。
また、特許第2656336号公報(特許文献4)には、封止樹脂が、エポキシ樹脂、硬化剤及び硬化促進剤を構成成分とするBステージ状の光半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、上記構成成分が分子レベルで均一に混合されている樹脂組成物の硬化体で構成されていることを特徴とする光半導体装置が記載されており、この場合、エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂又はビスフェノールF型エポキシ樹脂が主として用いられ、トリグリシジルイソシアネート等を使用し得ることも記載されているが、トリグリシジルイソシアネートは、実施例においてビスフェノール型エポキシ樹脂に少量添加使用されているもので、本発明者らの検討によれば、このBステージ状半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、特に高温・長時間の放置で黄変するという問題がある。
また、いずれにしてもこの特許第2656336号公報(特許文献4)には、
「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。
この場合、発光素子封止用エポキシ樹脂組成物におけるトリアジン誘導体エポキシ樹脂の使用については、特開2000−196151号公報(特許文献5)、特開2003−224305号公報(特許文献6)、特開2005−306952号公報(特許文献7)に記載があるが、これらは、いずれもトリアジン誘導体エポキシ樹脂と酸無水物とを反応させて得られた固形物を用いたものではない。
なお、本発明に関連する公知文献としては、上記の公報に加えて、下記特許文献8,9及び非特許文献1が挙げられる。
特許第3512732号公報 特開2001−234032号公報 特開2002−302533号公報 特許第2656336号公報 特開2000−196151号公報 特開2003−224305号公報 特開2005−306952号公報 特開2005−259972号公報 特開2006−156704号公報 エレクトロニクス実装技術2004.4の特集
本出願人は、上記の従来技術に鑑み、先に、耐熱性、耐光性に優れた成形体(パッケージ)を用いた発光装置を提案した(PCT/JP2006/314970)が、更にこの成形体を得る場合の生産性を向上させることが望まれた。
従って、本発明は、耐熱性、耐光性、生産性に優れた発光装置用成形体、発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに到った。
本発明は、特に、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を含むエポキシ樹脂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、特に生産性に優れた発光装置を提供することができる。
本発明は、(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)内部離型剤、(C)反射部材、(D)無機充填剤、(E)硬化触媒を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、(B)成分の内部離型剤が、下記一般式(1)
Figure 2008192888

(式中、R1,R2,R3はH,−OH,−OR,−OCOCabのいずれかであり、少なくともひとつは−OCOCabを含む。RはCn2n+1のアルキル基(nは1〜10の整数である)、aは10〜30の整数、bは17〜61の整数である。)
で示され、融点が50〜90℃の範囲である成分を含有する熱硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物が用いられてなる成形体を有する発光装置を提供する。
これにより、前記成形体は、耐熱性、耐光性に優れると共に、特にその製造において優れた生産性を有し、従って前記成形体を用いた発光装置を生産性よく製造することができる。
この場合、熱硬化性エポキシ樹脂組成物は、更に、(F)酸化防止剤を含有することができる。また、前記トリアジン誘導体エポキシ樹脂が、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く、前記(A)成分の固形物が、下記一般式(2)
Figure 2008192888

(式中、R4は酸無水物残基、mは0〜200の数である。)
で示される化合物を含有するものであることが好ましい。
更に、前記内部離型剤が、融点50〜70℃であるグリセリンモノステアレートを含むものであり、全組成物に対して0.2〜5.0質量%含有すること、また前記内部離型剤が、プロピレングリコール脂肪酸エステルを含むものであり、全組成物に対して0.2〜5.0質量%含有することが好ましい。
なお、前記成形体は、430nm以上の反射率が70%以上であることが好ましい。これにより発光素子からの放射効率の高い発光装置を提供することができる。
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、前記発光素子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。
本発明は、また、(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)内部離型剤、(C)反射部材、(D)無機充填剤、(E)硬化触媒を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、(B)成分の内部離型剤が、下記一般式(1)
Figure 2008192888

(式中、R1,R2,R3はH,−OH,−OR,−OCOCabのいずれかであり、少なくともひとつは−OCOCabを含む。RはCn2n+1のアルキル基(nは1〜10の整数である)、aは10〜30の整数、bは17〜61の整数である。)
で示され、融点が50〜90℃の範囲である成分を含有する熱硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物が用いられてなる成形体を有する発光装置の製造方法であって、
(A)トリアジン誘導体エポキシ樹脂と酸無水物とを溶融混合して得られる反応物に、(B)内部離型剤、(C)反射部材、(D)無機充填剤、(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、好ましくは430nm以上の発光ピーク波長を有する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を提供する。
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、あるいは、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好ましい。
上記の方法により、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。
また、本発明は、(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)内部離型剤、(C)反射部材、(D)無機充填剤、(E)硬化触媒を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、(B)成分の内部離型剤が、下記一般式(1)
Figure 2008192888

(式中、R1,R2,R3はH,−OH,−OR,−OCOCabのいずれかであり、少なくともひとつは−OCOCabを含む。RはCn2n+1のアルキル基(nは1〜10の整数である)、aは10〜30の整数、bは17〜61の整数である。)
で示され、融点が50〜90℃の範囲である成分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た発光装置用成形体を提供する。これにより耐熱性、耐光性と共に、優れた生産性を有する成形体を提供することができる。なお、前記熱硬化性エポキシ樹脂組成物は、更に、(F)酸化防止剤を含有することができる。
本発明に係る発光装置は、耐熱性、耐光性共に優れると共に、生産性にも優れている。発光素子を載置する成形体は、硬化性に優れ、良好な強度を有すると共に、長期間にわたり耐熱性、耐光性及び密着性を保持し、かつ、優れた生産性を有する。封止部材は、更に均一でかつ色むら発生の少ない硬化物を与えるものである。
以下、本発明に係る発光装置、成形体及びそれらの製造方法を、実施の形態及び実施例を用いて説明する。但し、本発明は、この実施の形態及び実施例に限定されない。実施の形態に係る表面実装型発光装置について図面を用いて説明する。図1は、本発明の一実施の形態に係る表面実装型発光装置を示す概略断面図である。図2は、同実施の形態に係る表面実装型発光装置を示す概略平面図である。図1は、図2のI−Iの概略断面図である。
発光装置100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10と、発光素子10を載置する成形体40とを有する。成形体40は、後述する熱硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物を用いることが好ましい。成形体40は第1のリード20と第2のリード30とを有している。成形体40は底面と側面を持つ凹部を有しており、凹部の底面に発光素子10を載置する。発光素子10は一対の正負の電極を有しており、その一対の正負の電極は第1のリード20及び第2のリード30とワイヤ60を介して電気的に接続している。発光素子10は封止部材50により封止している。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、又は軟質もしくは硬質のシリコーン樹脂、硬質シリコーンレジン、エポキシ変性シリコーン樹脂、変成シリコーン樹脂から選ばれる1種又は2種以上のケイ素含有樹脂で封止することが好ましい。成形体40との密着性を高めることができるからである。但し、その他のエポキシ樹脂、ウレタン樹脂で封止することもできる。封止部材50は発光素子10からの波長を変換するための蛍光体70を含有している。また、金型等を使用して製造される、凹部を有する成形体40は高い反射率を有するため、成形体40の凹部の底面及び側面方向への光の透過を低減し、正面方向への光の放出を増大することができる。
成形体40は、430nm以上に発光ピーク波長を有する発光素子10を用いて、430nm以上の反射効率が高い成形体40を用いている。そのため発光素子10から出射される光の大部分は成形体40に吸収されず、外部に放射されるため、発光素子10からの放射効率が高い。逆に、反射率が低い成形体を使用した場合、発光素子10から出射される光の大部分が成形体に吸収され、成形体の劣化が促進される。
(成形体)
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)内部離型剤、(C)反射部材、(D)無機充填剤、(E)硬化触媒を必須成分とし、好ましくは更に(F)酸化防止剤を配合した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。
(A)反応物
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。
(A−1)トリアジン誘導体エポキシ樹脂
本発明で用いられる(A−1)成分の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。
本発明で用いるトリアジン誘導体エポキシ樹脂の軟化点は90〜125℃であることが好ましい。なお、本発明において、このトリアジン誘導体エポキシ樹脂としては、トリアジン環を水素化したものは包含しない。
(A−2)酸無水物
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種を単独で使用してもよく、また2種以上を併用してもよい。
酸無水物系硬化剤の配合量としては、酸無水物基1当量に対しトリアジン誘導体エポキシ樹脂のエポキシ基が0.6〜2.0当量、好ましくは1.0〜2.0当量、更に好ましくは1.2〜1.6当量となる量である。エポキシ基当量/酸無水物基当量が0.6当量未満では硬化不良が生じ、信頼性が低下する場合がある。また、2.0当量を超える量では未反応硬化剤が硬化物中に残り、得られる硬化物の耐湿性を悪化させる場合がある。
本発明においては、上記した(A−1),(A−2)成分、又は(A−1),(A−2)成分と後述する酸化防止剤を、予め70〜120℃、好ましくは80〜110℃にて4〜20時間、好ましくは6〜15時間、又は(A−1),(A−2)と後述する硬化触媒、又は(A−1),(A−2)とそれぞれ後述する酸化防止剤,硬化触媒を、予め30〜80℃、好ましくは40〜60℃にて10〜72時間、好ましくは36〜60時間反応させ、軟化点が50〜100℃、好ましくは60〜90℃である固形物とし、これを粉砕して配合することが好ましい。反応させて得られる物質の軟化点が、50℃未満では固形物とはならず、100℃を超える温度では流動性が低下するおそれがある。この場合、反応時間が短すぎると、高分子成分が少なくて固形物とならず、長すぎると、流動性が低下する場合が生じる。なお、本発明において、軟化点は、JIS環球法値による測定法に基づく測定値である。
ここで得られた反応物(反応固形物)は、(A−1)成分のトリアジン誘導体エポキシ樹脂と(A−2)成分の酸無水物との反応物のうち、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による分析において(但し、分析条件として試料濃度0.2%、注入量50μlを移動相THF100%,流量1.0ml/min.、温度40℃の条件下、検出器RIで測定)、分子量が1,500を超える高分子量成分と、分子量300〜1,500までの中分子量成分と、モノマー成分とを含有し、高分子量成分が20〜70質量%、中分子量成分が10〜60質量%、モノマー成分が10〜40質量%であることが好ましい。
上記反応物は、(A−1)成分としてトリグリシジルイソシアネートを用いた場合、下記式(2)で示される反応生成物を含有し、特に(A−2)成分の酸無水物がメチルヘキサヒドロ無水フタル酸である場合、下記式(3)で示される反応生成物を含有する。
Figure 2008192888
上記式中、R4は酸無水物残基、mが0〜200、好ましくは0〜100の範囲の任意のものを含み、平均分子量が500〜10万の成分であるが、本発明に係る反応物にあっては、上述した通り、分子量が300〜1,500の中分子量成分を10〜60質量%、特に10〜40質量%、モノマー成分(未反応エポキシ樹脂及び酸無水物)を10〜40質量%、特に15〜30質量%含有することが好ましい。
(B)内部離型剤
本発明のエポキシ樹脂組成物には、内部離型剤を配合する。(B)成分の内部離型剤は、成形時の離型性を高めるために配合するものであり、下記一般式(1)
Figure 2008192888

(式中、R1,R2,R3はH,−OH,−OR,−OCOCabのいずれかであり、少なくともひとつは−OCOCabを含む。RはCn2n+1のアルキル基(nは1〜30の整数である)、aは10〜30の整数、bは17〜61の整数である。)
で示され、かつ融点が50〜70℃の範囲である成分を含む。この場合、(B)成分は、全組成物に対して0.2〜5.0質量%含有するように添加するものである。内部離型剤としては、カルナバワックスをはじめとする天然ワックス、酸ワックス、ポリエチレンワックス、脂肪酸エステルをはじめとする合成ワックスがあるが、一般的に高温条件下や光照射下では、容易に黄変したり、経時劣化し、離型性を有しなくなるものが多い。
その中で、本発明に係る上記式(1)の内部離型剤は、高温放置下や光照射下においても、黄変性を抑え、かつ長時間に亘り、良好な離型性を継続して保持する。
この場合、一般式(1)中のR1,R2,R3のうち、少なくともひとつは−OCOCabであることが必須である。すべてが−OHでは、十分な離型性、耐熱性が得られないが、構造内に−OCOCabを含むことにより、良好な相溶性と耐熱性、離型性を有することができる。
−OCOCabに含まれるa及びbは、a=10〜30、好ましくはa=11〜20ののものが好適である。a=10未満では、十分な耐熱黄変性が得られない場合があり、a=30を超えると十分に相溶せず、良好な離型効果が得られない場合がある。
また、bはCabが飽和あるいは不飽和の脂肪族炭化水素基であり、不飽和の場合、不飽和基を1又は2個有するものが好ましく、従ってb=2a+1、2a−1又は2a−3であるもの、特にb=2a+1又は2a−1であるものが好ましい。この点からb=17〜61、好ましくは19〜41の整数であることがよく、より好ましくはb=21〜61、特に23〜41の整数である。
具体的には、グリセリンモノパルミテート、グリセリンモノステアレート、グリセリンモノ12−ヒドロキシステアレート、グリセリントリ12−ヒドロキシステアレート、グリセリンモノベヘネート、プロピレングリコールモノパルミテート、プロピレングリコールモノステアレート、プロピレングリコールモノベヘネート等が挙げられる。
但し、融点、高温での揮発分も耐熱性特性には重要な特性であり、融点は50〜90℃、好ましくは65〜85℃が好ましい。更には、250℃での揮発分が10質量%以下のものが好ましい。融点が、50℃未満では十分な耐熱黄変性が得られない場合があり、90℃を超えると相溶性が不十分になり、良好な離型効果が得られない場合がある。特に分散性、相溶性の面から融点50〜70℃のグリセリンモノステアレートが好ましい。また、プロピレングリコール脂肪酸エステルも好ましい。
なお、上記式(1)の離型剤は、全内部離型剤(B)中20〜100質量%、特に50〜100質量%含有することが好ましい。この場合、残りの離型剤は、上述した天然ワックス、酸ワックス、他の合成ワックス等である。
該内部離型剤(B)の添加量は、組成物全体の0.2〜5.0質量%、特には0.5〜3.0質量%が好ましい。添加量が0.2質量%未満では、十分な離型性を得られない場合があり、5.0質量%を超えると、沁み出し不良や接着性不良等が起こる場合がある。
(C)反射部材
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。
反射部材の充填量は、組成物全体の2〜80質量%、特に5〜50質量%が好ましい。2質量%未満では十分な白色度が得られない場合があり、80質量%を超えると未充填やボイド等の成形性が低下する場合がある。
(D)無機充填剤
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。
これら無機充填剤の平均粒径や形状は特に限定されないが、平均粒径は通常5〜40μmである。
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。
上記無機充填剤は、樹脂と無機充填剤との結合強度を強くするため、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤などのカップリング剤で予め表面処理したものを配合してもよい。
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。
無機充填剤の充填量は、(A−1)エポキシ樹脂と(A−2)酸無水物の総量100質量部に対し、20〜700質量部、特に50〜400質量部が好ましい。20質量部未満では、十分な強度を得ることができないおそれがあり、700質量部を超えると、増粘による未充填不良や柔軟性が失われることで、素子内の剥離等の不良が発生する場合がある。なお、この無機充填剤は、組成物全体の10〜90質量%、特に20〜80質量%の範囲で含有することが好ましい。
(E)硬化触媒
この(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。
硬化触媒の使用量は、組成物全体の0.05〜5質量%、特に0.1〜2質量%の範囲内で配合することが好ましい。上記範囲を外れると、エポキシ樹脂組成物の硬化物の耐熱性及び耐湿性のバランスが悪くなるおそれがある。
(F)酸化防止剤
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。
(F)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。
フェノール系酸化防止剤としては、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、ブチル化ヒドロキシアニソール、2,6−ジ−t−ブチル−p−エチルフェノール、ステアリル−β−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、4,4’−ブチリデンビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、3,9−ビス[1,1−ジメチル−2−{β−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニルオキシ}エチル]2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン、1,1,3−トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニル)ブタン、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン等が挙げられ、中でも2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾールが好ましい。
リン系酸化防止剤としては、亜リン酸トリフェニル、亜リン酸ジフェニルアルキル、亜リン酸フェニルジアルキル、亜リン酸トリ(ノニルフェニル)、亜リン酸トリラウリル、亜リン酸トリオクタデシル、トリフェニルホスファイト、ジステアリルペンタエリトリトールジホスファイト、トリス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ホスファイト、ジイソデシルペンタエリトリトールジホスファイト、ジ(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ペンタエリトリトールジホスファイト、トリステアリルソルビトールトリホスファイト及びテトラキス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)−4,4’−ビフェニルジホスホネート等が挙げられ、中でも亜リン酸トリフェニルが好ましい。
また、硫黄系酸化防止剤としては、ジラウリル−3,3’−チオジプロピオネート、ジミリスチル−3,3’−チオジプロピオネート、ジステアリル−3,3’−チオジプロピオネート等が挙げられる。
これらの酸化防止剤は、それぞれ単独で又は2種以上を組み合わせて使用できるが、リン系酸化防止剤単独又はフェノール系酸化防止剤とリン系酸化防止剤とを組み合わせて使用することが特に好ましい。この場合、フェノール系酸化防止剤とリン系酸化防止剤との使用割合は、質量比でフェノール系酸化防止剤:リン系酸化防止剤=0:100〜70:30、特に0:100〜50:50とすることが好ましい。
酸化防止剤の配合量は、エポキシ樹脂組成物中、0.01〜10質量%、特に0.03〜5質量%とすることが好ましい。配合量が少なすぎると十分な耐熱性が得られず、変色する場合があり、多すぎると硬化阻害を起こし、十分な硬化性、強度を得ることができない場合がある。
その他のエポキシ樹脂
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0〜40質量部、特に5〜20質量部の割合で)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。
なお、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。
その他の添加剤
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、シリコーン系等の低応力剤、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。
エポキシ樹脂組成物の調製方法
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),(F)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),(F)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、これら成分を混合する温度域としては、(A−1),(A−2)成分、又は(A−1),(A−2),(F)成分を混合する場合は70〜120℃が適切であるが、より好ましくは80〜110℃の範囲である。混合温度が70℃未満では、室温で固形となるような混合物を得るためには温度が低すぎ、120℃を超える温度では、反応速度が速くなりすぎるため、期待した反応度で反応を停止することが難しくなってしまう。なお、(A−1),(A−2),(E)成分、又は(A−1),(A−2),(E),(F)成分を混合する場合の温度は上記の通りであるが、混合温度が低すぎる場合、逆に高すぎる場合の不利は上記と同様である。
次に、この固形物(反応物)を粉砕した後、(B),(C),(D)成分、及び(E),(F)成分を上記固形物(反応物)の調製に用いない場合は(E)成分や必要により(F)成分の各成分、その他の添加物を所定の組成比で配合し、これをミキサー等によって十分均一に混合した後、熱ロール、ニーダー、エクストルーダー等による溶融混合処理を行い、次いで冷却固化させ、適当な大きさに粉砕してエポキシ樹脂組成物の成形材料とすることができる。
このようにして得られる本発明の白色エポキシ樹脂組成物は、半導体・電子機器装置、特には発光素子を用いる成形体、あるいは発光素子、その他の半導体装置の封止材として有効に利用できるが、受光素子、及び発光素子と受光素子とが一体化されたフォトカプラーは除かれる。
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。
(発光素子)
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を用いた成形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、該成形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。
(封止部材)
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。
ケイ素含有樹脂を用いる封止部材の多くは熱可塑性樹脂を用いる従来の成形体と密着性が劣る傾向があるが、成形体40を本発明のエポキシ樹脂組成物又はこれから(B)内部離型剤を除いたものとすることにより密着性を高めることができる。窒化ガリウム系化合物半導体の発光素子10は、電流投入時に発光エネルギーの高い青色光を発するため発光素子10と直に接している封止部材は最も劣化しやすいが、シリコーン樹脂に代表されるケイ素含有樹脂を封止部材とすることにより劣化速度を最小としてやることができる。同様に、成形体40の表面、即ち、封止部材50との接着界面も光により劣化し、剥離が発生しやすいが、耐光性に優れたケイ素含有樹脂よりなる封止部材と本発明のエポキシ樹脂組成物よりなる成形体の接着界面は破壊され難い。
(蛍光体)
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、Y3Al512:Ce、(Y,Gd)3Al512:Ce、Y3(Al,Ga)512: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。
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
<実施例1〜10、比較例1〜8>
表2,3に示す成分のうち、エポキシ樹脂、酸無水物、酸化防止剤を予め反応釜により、100℃にて3時間溶融混合し、冷却して固化させた後(軟化点は60℃)、粉砕し、他成分と所定の組成比にて配合し、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−1)エポキシ樹脂
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)
(A−2)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)内部離型剤
(B−1)グリセリンモノステアレート(H−100;理研ビタミン(株)製商品名)
(B−2)プロピレングリコールモノベヘネート(PB−100;理研ビタミン(株)製商品名)
(B−3)グリセリントリ12−ヒドロキシステアレート(TG−12;理研ビタミン(株)製商品名)
(B−4)ポリエチレンワックス(PE−190;クラリアントジャパン(株)製商品名)
(B−5)酸化ポリエチレンワックス(H−22;クラリアントジャパン(株)製商品名)
(B−6)酸ワックス;ステアリン酸(和光純薬(株)製商品名)
Figure 2008192888
注:耐熱黄変性
各内部離型剤をアルミシャレ内に10gづつ入れ、180℃で24時間放置し、黄変性を比較した。
(C)二酸化チタン;ルチル型(タイペーク、CR−90:石原産業(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
(E−1)リン系硬化触媒;メチル−トリブチルホスホニウム−ジメチルホスフェイト(PX−4MP:日本化学(株)製商品名)
(E−2)イミダゾール系触媒;2−エチル−4−メチルイミダゾール(2E4MZ:四国化成(株)製商品名)
(F)酸化防止剤
(F−1)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)
(F−2)フェノール系酸化防止剤;2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール(BHT:和光純薬(株)製商品名)
(G)その他のエポキシ樹脂
(G−1)ビスフェノールA型水素添加エポキシ樹脂(YL−7170:ジャパンエポキシレジン(株)製商品名、エポキシ当量1200)
(G−2)ビフェニル型水素添加エポキシ樹脂(YL−7040:ジャパンエポキシレジン(株)製商品名、エポキシ当量220)
(G−3)ビスフェノールA型エポキシ樹脂(E1004:ジャパンエポキシレジン(株)製商品名、エポキシ当量890)
(H)その他の硬化剤
(H−1)含炭素炭素二重結合酸無水物;テトラヒドロ無水フタル酸(リカシッドTH:新日本理化(株)製商品名)
(H−2)フェノールノボラック樹脂(TD−2131:大日本インキ化学工業(株)製商品名)
これらの組成物につき、以下の諸特性を測定した。結果を表2,3に示す。
(スパイラルフロー値)
EMMI規格に準じた金型を使用して、175℃,6.9N/mm2、成形時間120秒の条件で測定した。
(溶融粘度)
高化式フローテスターを用い、10kgfの加圧下、直径1mmのノズルを用い、温度175℃で粘度を測定した。
(曲げ強度)
EMMI規格に準じた金型を使用して、175℃,6.9N/mm2、成形時間120秒の条件で硬化物を作製し、その曲げ強度をJIS K 6911に基づいて測定した。
(耐熱性;黄変性)
175℃,6.9N/mm2、成形時間2分の条件で直径50×3mmの円盤を成形し、180℃で24時間放置し、黄変性を比較した。
(連続成形性)
連続成形性は、ショット数で表す。所定のエポキシ樹脂の組成物のタブレットを複数個プランジャー内に配置して、その複数個のタブレットを押圧して所定の金型内にエポキシ樹脂の組成物を注入して、エポキシ樹脂の組成物の硬化物が用いられてなる成形体を成形する。この工程を1ショットとする。エポキシ樹脂の組成物の粘度が高い場合などはプランジャー内等にエポキシ樹脂の組成物が残存し、目詰まりを起こしてしまうため、連続して成形することができなくなる。よって、ショット数が多い程、連続成形性がよいと言える。
Figure 2008192888
Figure 2008192888
表2,3の結果から、実施例1〜10は、比較例1〜3よりも、連続成形性が非常に優れており、優れた生産性を有している。特に、実施例1〜10は、比較例よりも、耐熱性の特性が向上しており、変色が小さく白色を維持している。よって、実施例1〜10は、優れた生産性を有しつつ、高い耐熱性を有しており、成形体の劣化も生じていない。
(反射率)
成形体に所定の波長の光を照射して反射率を測定した。図3は、成形体の反射率の結果を示す。
これより、430nm以上の波長の光では極めて高い反射率を示すことが認められる。
なお、予備混合させた方が黄変し難く、高強度を維持できるからである。
本発明の発光装置は、照明器具、ディスプレイ、携帯電話のバックライト、動画照明補助光源、その他の一般的民生用光源などに利用することができる。
本発明の一実施の形態に係る表面実装型発光装置を示す概略断面図である。 同実施の形態に係る表面実装型発光装置を示す概略平面図である。 本発明の他の実施の形態に係る成形体の反射率を示す図である。
符号の説明
10 発光素子
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 (11)

  1. (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)内部離型剤、(C)反射部材、(D)無機充填剤、(E)硬化触媒を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、(B)成分の内部離型剤が、下記一般式(1)
    Figure 2008192888

    (式中、R1,R2,R3はH,−OH,−OR,−OCOCabのいずれかであり、少なくともひとつは−OCOCabを含む。RはCn2n+1のアルキル基(nは1〜10の整数である)、aは10〜30の整数、bは17〜61の整数である。)
    で示され、融点が50〜90℃の範囲である成分を含有する熱硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物が用いられてなる成形体を有する発光装置。
  2. 熱硬化性エポキシ樹脂組成物が、更に、(F)酸化防止剤を含有する請求項1記載の発光装置。
  3. (A)成分の前記トリアジン誘導体エポキシ樹脂が、1,3,5−トリアジン核誘導体エポキシ樹脂である請求項1又は2に記載の発光装置。
  4. 前記(A)成分の固形物が、下記一般式(2)
    Figure 2008192888

    (式中、R4は酸無水物残基、mは0〜200の数である。)
    で示される化合物を含有するものである請求項3に記載の発光装置。
  5. 前記内部離型剤が、融点50〜70℃であるグリセリンモノステアレートを含むものであり、全組成物に対して0.2〜5.0質量%含有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の発光装置。
  6. 前記内部離型剤が、プロピレングリコール脂肪酸エステルを含むものであり、全組成物に対して0.2〜5.0質量%含有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の発光装置。
  7. (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)内部離型剤、(C)反射部材、(D)無機充填剤、(E)硬化触媒を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、(B)成分の内部離型剤が、下記一般式(1)
    Figure 2008192888

    (式中、R1,R2,R3はH,−OH,−OR,−OCOCabのいずれかであり、少なくともひとつは−OCOCabを含む。RはCn2n+1のアルキル基(nは1〜10の整数である)、aは10〜30の整数、bは17〜61の整数である。)
    で示され、融点が50〜90℃の範囲である成分を含有する熱硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物が用いられてなる成形体を有する発光装置の製造方法であって、
    (A)トリアジン誘導体エポキシ樹脂と酸無水物とを溶融混合して得られる反応物に、(B)内部離型剤、(C)反射部材、(D)無機充填剤、(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。
  8. 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7に記載の発光装置の製造方法。
  9. 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7に記載の発光装置の製造方法。
  10. (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)内部離型剤、(C)反射部材、(D)無機充填剤、(E)硬化触媒を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、(B)成分の内部離型剤が、下記一般式(1)
    Figure 2008192888

    (式中、R1,R2,R3はH,−OH,−OR,−OCOCabのいずれかであり、少なくともひとつは−OCOCabを含む。RはCn2n+1のアルキル基(nは1〜10の整数である)、aは10〜30の整数、bは17〜61の整数である。)
    で示され、融点が50〜90℃の範囲である成分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た発光装置用成形体。
  11. 熱硬化性エポキシ樹脂組成物が、更に、(F)酸化防止剤を含有する請求項10記載の発光装置用成形体。
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