JP2015120889A - エポキシ樹脂組成物および光半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このようなエポキシ樹脂としては、トリグリシジルイソシアヌレートが挙げられる。
しかしながら、この硬化物は、硬くて脆いため、光半導体素子を樹脂封止した際の熱収縮によりクラックが発生するという問題があった。また、トリグリシジルイソシアヌレートは結晶性が高いため、熱硬化性樹脂組成物の原料として使用すると、その組成物の固体化が進行し、粘度の上昇などの問題が発生するところから、液状である時間が短く、十分な可使時間が得られないという難点もあった。
また、本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて光半導体素子を樹脂封止することにより、高い光透過性を備え、且つ耐熱性および耐光性に優れた光半導体装置を得ることができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、前記の化学式(I)で示されるグリコールウリル化合物(以下、「成分(1)」と云うことがある)を必須成分として含有する。また、このグリコールウリル化合物と共に、従来公知のエポキシ樹脂(以下、「成分(2)」と云うことがある)を使用してもよい。
なお、本発明のエポキシ樹脂組成物は、ガラスフィラー、硬化剤、硬化促進剤、硬化触媒および添加剤(以下、各々について「成分(3)」、「成分(4)」、「成分(5)」、「成分(6)」および「成分(7)」と云うことがある)から選択される少なくとも1種を含有することができる。
1−グリシジルグリコールウリル、
1,3−ジグリシジルグリコールウリル、
1,4−ジグリシジルグリコールウリル、
1,6−ジグリシジルグリコールウリル、
1,3,4−トリグリシジルグリコールウリル、
1,3,4,6−テトラグリシジルグリコールウリル、
1−グリシジル−3a−メチルグリコールウリル、
1,3−ジグリシジル−3a−メチルグリコールウリル、
1,4−ジグリシジル−3a−メチルグリコールウリル、
1,6−ジグリシジル−3a−メチルグリコールウリル、
1,3,4−トリグリシジル−3a−メチルグリコールウリル、
1,3,4,6−テトラグリシジル−3a−メチルグリコールウリル、
1−グリシジル−3a,6a−ジメチルグリコールウリル、
1,3−ジグリシジル−3a,6a−ジメチルグリコールウリル、
1,4−ジグリシジル−3a,6a−ジメチルグリコールウリル、
1,6−ジグリシジル−3a,6a−ジメチルグリコールウリル、
1,3,4−トリグリシジル−3a,6a−ジメチルグリコールウリル、
1,3,4,6−テトラグリシジル−3a,6a−ジメチルグリコールウリル、
1−グリシジル−3a,6a−ジフェニルグリコールウリル、
1,3−ジグリシジル−3a,6a−ジフェニルグリコールウリル、
1,4−ジグリシジル−3a,6a−ジフェニルグリコールウリル、
1,6−ジグリシジル−3a,6a−ジフェニルグリコールウリル、
1,3,4−トリグリシジル−3a,6a−ジフェニルグリコールウリル、
1,3,4,6−テトラグリシジル−3a,6a−ジフェニルグリコールウリルなどが挙げられる。
これらは、1種または2種以上を組み合わせて使用してもよい。
また、ガラス繊維布の厚みは、20〜200μmであることが好ましい。ガラス繊維布は、1枚だけで使用することもでき、複数枚を重ねて使用することもできる。
このような硬化剤としては、メチル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、ドデセニル無水コハク酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸などの室温で液状の酸無水物が好ましい。また、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルシクロヘキセンジカルボン酸無水物などの室温で固体状の酸無水物についても、室温で液状の酸無水物に溶解させて液状の混合物とすることで好ましく使用することができる。中でも、耐熱性、耐光性、耐クラック性の観点から、飽和単環炭化水素ジカルボン酸の無水物(環にアルキル基などの置換基が結合したものも含む)が好ましい。
これらは、1種または2種以上を組み合わせて使用してもよい。
このような硬化促進剤としては、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7(DBU)またはその塩(フェノール塩、オクチル酸塩、p−トルエンスルホン酸塩、ギ酸塩、テトラフェニルボレート塩など);1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノネン−5(DBN)またはその塩(フェノール塩、オクチル酸塩、p−トルエンスルホン酸塩、ギ酸塩、テトラフェニルボレート塩など);ベンジルジメチルアミン、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミンなどの3級アミン;2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾールなどのイミダゾール;リン酸エステル、トリフェニルホスフィンなどのホスフィン類;テトラフェニルホスホニウムテトラ(p−トリル)ボレートなどのホスホニウム化合物;オクチル酸亜鉛やオクチル酸スズなどの有機金属塩;金属キレートなどが挙げられる。これらは、1種または2種以上を組み合わせて使用してもよい。
このような硬化触媒としては、紫外線照射または加熱処理によりカチオン種を発生して、重合を開始させるカチオン触媒(カチオン重合開始剤)が挙げられる。これらは、1種または2種以上を組み合わせて使用してもよい。
また、ポリエステル樹脂、シルセスキオキサンといったポリシロキサンを使用することにより、耐熱性と耐光性を向上させることができる。
その他にも、粘度や透明性を損なわない範囲内で、ゴム粒子、シリコーン系やフッ素系消泡剤、レベリング剤、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランや3−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのシランカップリング剤、界面活性剤、シリカ、アルミナなどの無機充填剤、難燃剤、着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、イオン吸着体、顔料、蛍光体、離型剤など公知の添加剤を使用することができる。
なお、実施例および比較例において使用した主原料と、同じく採用した評価試験は、以下のとおりである。
(イ)グリコールウリル化合物
・1,3,4,6−テトラグリシジルグリコールウリル(四国化成工業社製、製品名「TG−G」)
(ロ)エポキシ樹脂
・脂環式エポキシ化合物(ダイセル社製、製品名「セロキサイド2021P」)
(ハ)ガラスフィラー
・ガラスフィラー(日本フリット社製、製品名「ガラスビーズCF0018WB15C」)
(ニ)硬化剤
・4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸/ヘキサヒドロ無水フタル酸(新日本理化社製、製品名「リカシッドMH−700」)
(ホ)硬化促進剤
・特殊アミン(サンアプロ社製、製品名「U−CAT18X」)
(イ)通電試験(高温通電試験)
光半導体装置の全光束を全光束測定機を使用して測定し、これを「0時間の全光束」とした。続いて、85℃にて100時間加熱しながら、光半導体装置に30mAの電流を流した後の全光束を測定し、これを「100時間後の全光束」とした。
得られた「0時間の全光束」と「100時間後の全光束」から、下式に従って光度保持率(%)を算出した。なお、この数値が大きいほど、硬化物の耐光性が優れていると判定される。
光度保持率(%):
〔100時間後の全光束(Im)〕/〔0時間の全光束(Im)〕×100
光半導体装置を、30℃/70%RHの条件にて192時間静置して加湿処理を行った。次いで、この光半導体装置をリフロー炉に入れ、下記加熱条件(※)にて加熱処理を行った。その後、この光半導体装置を室温環境下に取り出して放冷した後、再度リフロー炉に入れて同条件で加熱処理を行った。即ち、光半導体装置は下記の加熱条件による2回の熱履歴を有する。
※加熱条件(光半導体装置の表面温度基準)
(1)予備加熱:150〜190℃にて60〜120秒間
(2)予備加熱後の本加熱:217℃以上(最高温度260℃)にて、60〜150秒間
注:予備加熱から本加熱に移行する際の昇温速度は最大で3℃/秒に制御した。
続いて、デジタルマイクロスコープ(キーエンス社製、製品名「VHX−900」)を使用して光半導体装置を観察し、硬化物におけるクラック(長さが90μm以上)の発生の有無と、電極剥離(電極表面からの硬化物の剥離)の発生の有無を確認した。なお、試験はn=2で行った。
光半導体装置2個のうち、硬化物に長さが90μm以上のクラックが発生した光半導体装置の個数と、電極剥離が発生した光半導体装置の個数を表1に示した。
光半導体装置に対し、−40℃の雰囲気下に30分間曝露し、続いて、120℃の雰囲気下に30分間曝露する工程を1サイクルとした熱衝撃を、熱衝撃試験機を使用して200サイクル分与えた。その後、デジタルマイクロスコープ(キーエンス社製、製品名「VHX−900」)を使用して光半導体装置を観察し、硬化物におけるクラック(長さが90μm以上)の発生の有無を確認した。なお、試験はn=2で行った。
光半導体装置2個のうち、硬化物に長さが90μm以上のクラックが発生した光半導体装置の個数を表1に示した。
<エポキシ樹脂組成物の調製および光半導体装置の作製>
表1に示す組成にて、グリコールウリル化合物(製品名「TG−G」)とガラスフィラー(製品名「ガラスビーズCF0018WB15C」)とを、自公転式攪拌装置(シンキー社製、製品名「あわとり練太郎AR−250」)を使用して、均一に混合、脱泡した。
続いて、この混合物に、表1に示す組成となるように、硬化剤(製品名「リカシッドMH−700」)と硬化促進剤(製品名「U−CAT18X」)を加えて、混合、脱泡して、エポキシ樹脂組成物を調製した。
次いで、このエポキシ樹脂組成物を光半導体のリードフレーム(InGaN素子、3.5mm×2.8mm)に注型した後、120℃(樹脂硬化オーブン)にて5時間加熱し、光半導体素子が該組成物の硬化物により封止された光半導体装置を作製した。
この光半導体装置について、通電試験、はんだ耐熱試験および熱衝撃試験を行った。
得られた結果は、表1に示したとおりであった。また、これらの評価試験の結果の基づき、以下の判定基準に従って総合判定し、表1に示した。
次の項(イ)〜(ニ)に示した基準を全て満たす場合を「良好(○と表記)」と判定し、これ以外の場合を「不良(×と表記)」と判定した。
(イ)通電試験:光度保持率が90%以上
(ロ)はんだ耐熱性試験:硬化物に長さが90μm以上のクラックが発生した光半導体装置の個数が0個
(ハ)はんだ耐熱性試験:電極剥離が発生した光半導体装置の個数が0個
(ニ)熱衝撃試験:硬化物に長さが90μm以上のクラックが発生した光半導体装置の個数が0個
実施例1と同様にして、表1に示した組成のエポキシ樹脂組成物を調製し、光半導体素子が該組成物の硬化物により封止された光半導体装置を作製した。
これらの光半導体装置について、通電試験、はんだ耐熱試験および熱衝撃試験を行った。得られた結果は、表1に示したとおりであった。また、これらの評価試験の結果の基づいて行った総合判定の結果は、表1に示したとおりであった。
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