JP5277940B2 - 硬化性樹脂組成物、ledパッケージ、及びその製造方法 - Google Patents

硬化性樹脂組成物、ledパッケージ、及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、透明性が高い硬化性樹脂組成物、並びにこれを用いた発光ダイオード(LED)パッケージ及びその製造方法に関する。
従来、光学部材用樹脂には透明性や耐光性、耐熱着色性に優れるアクリル系樹脂が一般に多用されてきた。しかし、アクリル系樹脂は、破断強度等の機械特性が十分とは言えず、用途によっては更なる特性の向上が求められている。また、硬化収縮が比較的大きく、硬化時に容積が減少してしまう問題がある。
一方、光・電子機器分野に利用される光学部材用樹脂には、電子基板等への実装プロセスや高温動作下での耐熱性や機械特性が求められることから、エポキシ系樹脂がよく用いられていた。近年、光・電子機器分野において高強度のレーザ光や青色光や近紫外光の利用が広がっていることから、従来以上に透明性、耐熱性、耐光性に優れた樹脂が求められている。
しかし、一般にエポキシ系樹脂は可視域での透明性は高いが、紫外から近紫外域では十分な透明性が得られない。中でも、脂環式ビスフェノールAジグリシジルエーテル等を用いたエポキシ樹脂は比較的透明性が高いが、熱や光によって着色し易い等の問題がある。例えば、特許文献1、2では、脂環式ビスフェノールAジグリシジルエーテルに含まれる着色原因の一つである不純物の低減方法が開示されているが、更なる耐熱、耐紫外線着色性の向上が求められている。
また、脂環式エポキシと酸無水物から形成される硬化物は近紫外域での透明性には優れるが、破断強度、靭性が芳香族エポキシ樹脂より劣るため、成形物での異種接合体との界面はく離やクラックが問題視されている。さらには、硬化時に酸無水物が揮発し容積が減少する点も問題となっている。
ところで、LEDを封止する光学部材(封止部材)には、LEDの輝度を低下させないために高い透明性、耐光性、耐熱性が必要である。また、LEDパッケージの信頼性評価には温度サイクル試験、高温高湿点灯試験があり、これらの要求を満たす機械特性、耐高温高湿性も必要である。
LEDの封止部材は、一般に、液状の熱硬化性樹脂を鋳型に注型し加熱硬化する注型成形法により形成される。しかし、この方法では熱硬化性樹脂の硬化が遅いため生産性が十分でないという問題の他、封止部材の厚さをコントロールすることが困難であるという問題や、封止部材中にボイドが混入しやすいという問題がある。
近年、LEDの市場の拡大に伴い、量産性を向上させるLEDパッケージ製造プロセスが求められている。液状トランスファー成形やコンプレッション成形は、液状の熱硬化性樹脂を高温の金型を用いて加熱硬化させる成形方法であり、成形時間が短く生産性が高いため有用である。またこの成形方法を用いれば、任意の形状を付与させることも可能となる。
特開2003−171439号公報 特開2004−75894号公報
しかしながら、従来のLED用透明封止樹脂は、液状トランスファー成形性又はコンプレッション成形性の点で改善の余地があった。より具体的には、従来のLED用透明封止樹脂を液状トランスファー成形法又はコンプレッション成形法によって成形したときに、成形品においてボイドや未充填部分が発生したり、脱型の際に成形品が変形したりする場合が多かった。
そこで本発明は、その硬化物がLED用透明封止樹脂に適した透明性、均一性等を有するとともに、液状トランスファー成形性及びコンプレッション成形性に優れる硬化性樹脂組成物、並びにこれを用いた耐高温高湿性、耐温度サイクル性に優れるLEDパッケージ及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、3官能以上のポリカプロラクトンポリオール、及び3官能以上の脂肪族ポリオールを含有してなるポリオール成分と、第2級炭素原子に結合したイソシアネート基を有する2官能又は3官能の脂環式ポリイソシアネート、及び第2級炭素原子に結合したイソシアネート基を有する2官能又は3官能の脂環式ポリイソシアネートとポリオールとの反応で得られる、イソシアネート基を有するプレポリマーを含有してなるポリイソシアネート成分と、を含み、上記プレポリマーにおけるイソシアネート基の含有率が10〜28重量%である硬化性樹脂組成物を提供する。かかる硬化性樹脂組成物は、ポリオール成分とポリイソシアネート成分との反応により硬化物を形成する。
本発明の硬化性樹脂組成物は、LED用透明封止樹脂に適した透明性、均一性等を有するとともに、液状トランスファー成形性及びコンプレッション成形性に優れる。
本発明の硬化性樹脂組成物によりこのような効果が得られる理由は必ずしも明らかでないが、ポリイソシアネート成分の一部を上記プレポリマーとすることにより、ポリオール成分とポリイソシアネート成分との相溶性が向上し、これにより硬化速度が向上することがその一因であると本発明者らは考えている。
上記プレポリマーは、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)と、当該4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)に対して3〜10重量%のトリメチロールプロパンと、の反応で得られるプレポリマーであることが好ましい。
上記トリメチロールプロパンが3重量%未満であると、硬化性樹脂組成物の均一性が低下する傾向にあり、10重量%を超えると粘度が高く扱いづらくなる傾向にある。
上記ポリカプロラクトンポリオールは500以下の重量平均分子量及び300mgKOH/g以上の水酸基価を有し、上記ポリカプロラクトンポリオールのポリオール成分全体に対する割合は40重量%以上であることが好ましい。
上記脂肪族ポリオールは350以下の重量平均分子量及び1000mgKOH/g以上の水酸基価を有し、上記脂肪族ポリオールの上記ポリオール成分全体に対する割合は30重量%以上であることが好ましい。
上記ポリカプロラクトンポリオールの含有率が40重量%未満、また脂肪族ポリオールの含有率が30重量%未満であると、硬化体の架橋密度が低くなり、硬度、強靭性等が低下する傾向にある。
上記脂環式ポリイソシアネートの上記ポリイソシアネート成分全体に対する割合は40重量%以上であることが好ましい。
脂環式ポリイソシアネートの含有率が40重量%未満であると、LEDパッケージとしたときの耐高温高湿性が低下する傾向にある。
上記本発明の硬化性樹脂組成物は、ヒンダード型フェノール系酸化防止剤をさらに含有することが好ましい。
上記本発明の硬化性樹脂組成物は、165℃でのゲル化時間が10〜200秒であることが好ましく、またガラス転移温度が110℃以上であることが好ましい。
本発明は、上述の硬化性樹脂組成物を、液状トランスファー成形又はコンプレッション成形により成形して、LEDパッケージの封止部材を形成する工程を備える、LEDパッケージの製造方法を提供する。かかる製造方法によれば、上記本発明の硬化性樹脂組成物を用いているので、耐高温高湿性、耐温度サイクル性に優れるLEDパッケージを製造することができる。
また本発明は、上述の硬化性樹脂組成物を成形して得ることのできる封止部材を備えるLEDパッケージを提供する。かかるLEDパッケージは、上記本発明の硬化性樹脂組成物を用いているので、耐高温高湿性、耐温度サイクル性に優れる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、LED用封止樹脂として用いた場合に、透明性、均一性が高く、耐高温高湿性、耐温度サイクル性に優れるLEDパッケージを得ることができる。また、本発明の硬化性樹脂組成物は、液状トランスファー成形又はコンプレッション成形によるLEDパッケージの製造に適し、耐高温高湿性、耐温度サイクル性に優れるLEDパッケージの製造が可能である。
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
本実施形態にかかる硬化性樹脂組成物は、3官能以上のポリカプロラクトンポリオール、及び3官能以上の脂肪族ポリオールを含有してなるポリオール成分と、第2級炭素原子に結合したイソシアネート基を有する2官能又は3官能の脂環式ポリイソシアネート、及び第2級炭素原子に結合したイソシアネート基を有する2官能又は3官能の脂環式ポリイソシアネートとポリオールとの反応で得られる、イソシアネート基を有するプレポリマーを含有してなるポリイソシアネート成分とを含むものである。ポリオール成分及びポリイソシアネート成分はそれぞれ液状であり、それらの混合液を加熱することにより硬化物を形成する。本実施形態に係る硬化性樹脂組成物は、ポリオール成分(A液)及びポリイソシアネート成分(B液)から構成される二液型の熱硬化性樹脂組成物である。
本実施形態に係る硬化性樹脂組成物は、第2級炭素原子に結合したイソシアネート基を有する2官能又は3官能の脂環式ポリイソシアネートを含有することで、この硬化性樹脂組成物をLED用封止樹脂として用いた場合、耐高温高湿性に優れるLEDパッケージが得られる。
ポリカプロラクトンポリオールは、重量平均分子量が500以下であるとともに、水酸基価が300mgKOH/g以上であることが好ましい。重量平均分子量は、300以下が特に好ましい。水酸基価は、500以上が特に好ましい。重量平均分子量が500を上回る場合、架橋密度が低下し、硬度が低くなる傾向があり、水酸基価が300mgKOH/gを下回る場合も同様に、架橋密度が低下し、硬度が低くなる傾向がある。
ポリカプロラクトンポリオールのポリオール成分全体に対する割合は40質量%以上であることが好ましい。これにより、硬化時の架橋密度が十分に高くなる結果、硬化物の硬度や強靱性が十分に高いものとなる。上記割合が40質量%を下回る場合、架橋密度が低くなり、硬度が低くなることや、強靭性に欠けること等が問題となる傾向がある。
3官能以上のポリカプロラクトンポリオールは、常法により、合成してもよく、市販のものを入手してもよい。3官能以上のポリカプロラクトンポリオールは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
3官能以上の脂肪族ポリオールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジグリセリン、ジペンタエリスリトール等が挙げられ、特にトリメチロールプロパン好ましい。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
3官能以上の脂肪族ポリオールのポリオール成分全体に対する割合は30質量%以上であることが好ましい。上記割合が30質量%を下回る場合、架橋密度が低くなり、硬度が低くなることや、強靭性に欠けること等が問題となる傾向がある。
上記ポリオール成分は、ポリカプロラクトンポリオール、脂肪族ポリオール以外に、例えば、エチレングリコール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ジメタノールシクロヘキサン、ポリカーボネートジオール、水酸基含有アクリル樹脂、イソシアヌレート骨格含有ポリオール等のポリオールを含有していてもよい。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
第2級炭素原子に結合したイソシアネート基を有する2官能又は3官能の脂環式ポリイソシアネートは、一分子中にイソシアネート基を2つ又は3つ有する。その具体例としては、イソホロンジイソシアネート、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)等が挙げられ、特に4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)が好ましい。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、上記脂環式ポリイソシアネートを原料としたイソシアヌレート型やビゥレット型のポリイソシアネートを用いてもよく、特にイソホロンジイソシアネートを原料としたイソシアヌレート型ポリイソシアネートが好ましい。これらのようなポリイソシアネートを用いることで、ガラス転移温度を高温化することができる。
上記脂環式ポリイソシアネートのポリイソシアネート成分全体に対する割合は40質量%以上であることが好ましい。これにより、硬化物の耐高温高湿性がより高いものとなる。上記割合が40質量%を下回る場合は、LEDパッケージとしたときの耐高温高湿性、耐温度サイクル性が低下する傾向がある。
上記イソシアネート基を有するプレポリマーは、上記脂環式ポリイソシアネートと上記ポリオールとを、該ポリイソシアネート中のイソシアネート基が該ポリオール中の水酸基に対して過剰になるように反応させることにより得られる。
上記プレポリマーにおけるイソシアネート基の含有率は、10〜28重量%であり、20〜28重量%であることが好ましく、23〜28重量%であることがより好ましい。イソシアネート基の含有率が10重量%未満であると、硬化性樹脂組成物が高粘度となるため取り扱い性が困難となり、28重量%を超えると均一な硬化性樹脂組成物が得られない。
上記プレポリマーのポリイソシアネート成分全体に対する割合は20〜40質量%であることが好ましい。これにより、硬化物の耐高温高湿性がより高いものとなる。上記割合が20質量%を下回る場合は、硬化速度が低下し、硬化性樹脂組成物の均一性が低下する傾向がある。
上記ポリイソシアネート成分は、第2級炭素原子に結合したイソシアネート基を有する2官能又は3官能の脂環式ポリイソシアネート、及び上記プレポリマー以外のポリイソシアネートとして、脂環式骨格やイソシアヌレート骨格を持つ化合物を好適に含有することができる。このような化合物としては、特に1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、ヘキサメチレンジイソシアナート変性イソシアヌレート骨格含有トリイソシアネート、ノルボルネンジイソシアネートが好ましい。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記ポリオール成分と上記ポリイソシアネート成分との混合比は、ポリオール成分が有する水酸基と、ポリイソシアネート成分が有するイソシアネート基とが当量となるよう混合することが好ましい。水酸基とイソシアネート基の比が当量からずれると、硬化物の耐熱、耐光着色性等の光学特性、硬度や耐熱性、耐湿性等の機械特性が低下する。
なお、上記ポリオール成分は、ポリオールとポリイソシアネートとを、該ポリオール中の水酸基が該ポリイソシアネート中のイソシアネート基に対して過剰となるように反応させることにより得られる、水酸基を有するプレポリマーを含んでいてもよい。
また、上記ポリイソシアネート成分は、上記第2級炭素原子に結合したイソシアネート基を有する2官能又は3官能の脂環式ポリイソシアネート以外のポリイソシアネートとポリオールとを、該ポリイソシアネート中のイソシアネート基が該ポリオール中の水酸基に対して過剰となるように反応させることにより得られる、ポリイソシアネート基を有するプレポリマーを含有していてもよい。
硬化性樹脂組成物には、酸化防止剤としてヒンダード型フェノール系酸化防止剤を用いてもよい。特に[2−{3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニル}−1,1−ジメチルエチル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカンを用いることが好ましい。
酸化防止剤の添加量は、ポリオール成分及びポリイソシアネート成分の混合物の全重量に対して、それぞれ0.05〜5重量%であることが好ましく、特に0.05〜0.3重量%であることが好ましい。この添加量が0.05重量%未満であると酸化防止剤としての効果が低下する傾向があり、一方、5重量%を超えると、溶解性や、硬化時での析出の問題などが生じるおそれがある。
硬化性樹脂組成物には、成型金型からの成型物の離型性を上げるために、ポリシロキサン、ポリエチレン、フッ素、脂肪酸エステル、高級脂肪酸、高級脂肪酸塩系の離型剤を添加することができる。これらの中で、特にポリシロキサン、高級脂肪酸系の離型剤が好ましい。
硬化性樹脂組成物における離型剤の添加量は、ポリオール成分及びポリイソシアネート成分の混合物の全重量に対して0.01〜10重量%であることが好ましく、特に0.01〜5重量%であることが好ましい。この添加量が0.01重量%未満であると離型剤としての効果が見られず、一方、10重量%を超えると耐熱着色性や溶解性が問題となる傾向にある。
硬化速度をより向上させるために、硬化性樹脂組成物に硬化触媒を添加してもよい。硬化触媒としては、ジルコニウムやアルミニウム、亜鉛系の有機金属系触媒、ジブチルスズラウレート等のスズ系、DBUのフェノール塩、オクチル酸塩、アミン、イミダゾール等を使用することができるが、中でも有機金属系触媒が耐熱着色性に優れるため好適である。
硬化触媒の添加量は、ポリオール成分とポリイソシアネート成分の混合物の全重量に対して0〜1重量%であることが好ましく、特に0〜0.1重量%であることが好ましい。添加量が1重量%より多いと、硬化速度が速くなり過ぎ、硬化性樹脂組成物の取り扱いが困難になる。
硬化性樹脂組成物には、上記の成分以外に、ヒンダードアミン系の光安定剤、紫外線吸収剤、無機充填剤、有機充填剤、カップリング剤、重合禁止剤等を添加することができる。また、成形性の観点から可塑剤、帯電防止剤、難燃剤等を添加してもよい。これらは、樹脂硬化物の光透過性を確保する観点から液状であることが好ましいが、固形の場合には用いる波長以下の粒径を有するものとすることが望ましい。
上述の硬化性樹脂組成物は、165℃におけるゲル化時間が10〜200秒であると好ましい。これにより、従来とほぼ同じ成形条件で、液状トランスファー成形又はコンプレッション成形によるLEDパッケージの製造が可能である。ゲル化時間が10秒より短いと、樹脂溶液が成型金型内の流路を十分に流れ切る前に硬化してしまい、成形物に未充填部位が生じ、目的とする形の成型物は得られにくくなる傾向がある。また、ゲル化時間が200秒を超すと、硬化が不十分な成型物となる傾向がある。
上述の硬化性樹脂組成物は、通常、ガラス転移温度が110℃以上であるため、この樹脂をLED封止樹脂として用いた場合、温度サイクル試験でのはく離、クラック、断線等の不具合が生じにくく、耐温度サイクル性に優れたLEDパッケージを製造できる。
以上、説明した本実施形態の硬化性樹脂組成物は、LED用封止樹脂として用いた場合、透明性、均一性が高く、耐高温高湿性、耐温度サイクル性に優れるLEDパッケージを提供することができ、また液状トランスファー成形やコンプレッション成形によってLEDパッケージを製造することができる。
図1はLEDパッケージの一実施形態を示す模式断面図である。図1に示すLEDパッケージ10は、絶縁性の基板1と、基板1に組み付けられた一対のリードフレーム2(2a,2b)と、一方のリードフレーム2a上に設けられた接着部材3と、接着部材3上に備えられた発光ダイオード素子4と、発光ダイオード素子4と他方のリードフレーム2bとを電気的に接続するワイヤ5と、一対のリードフレーム2の一部、接着部材3、発光ダイオード素子4及びワイヤ5を封止する封止部材6とを有している。LEDパッケージ10は表面実装型又はチップ型と呼ばれるものである。
リードフレーム2は、一方のリードフレーム2aと他方のリードフレーム2bとからなる。このリードフレーム2は基板1に嵌合して取り付けられた金属等の導電材料からなる部材であり、一方のリードフレーム2aと他方のリードフレーム2bとは互いに分離している。接着部材3は一方のリードフレーム2aと発光ダイオード素子4とを接着して互いに固定するとともに、それらを電気的に接続するための部材である。接着部材3は例えば銀ペーストから形成される。
発光ダイオード素子4は、順方向に電圧を加えた際に発光する半導体素子であれば特に限定されず、公知の発光ダイオード素子であってもよい。また、ワイヤ5は発光ダイオード素子4と他方のリードフレーム2bとを電気的に接続できる金属細線等の導電ワイヤであればよい。
封止部材6は、上述の硬化性樹脂組成物の硬化物から形成されている。この封止部材6は、発光ダイオード素子4を外気から保護するとともに、発光ダイオード素子4から発せられた光を外部に取り出す役割を担っているため、高い透光性を示すものである。本実施形態において、封止部材6は基板側の平板状部6aと基板とは反対側のレンズ部6bとから形成されており、凸レンズ形状であるレンズ部6bによって発光ダイオード素子4から発せられた光が集約される。
以上説明した本実施形態のLEDパッケージ10は、温度や湿度に影響を受けやすい部材である封止部材として、上述の硬化性樹脂組成物の硬化物を用いているので、耐高温高湿性、耐温度サイクル性に優れる。また、その製造工程の一部に液状トランスファー成形又はコンプレッション成形を採用することができ、これにより成形時間を短くして生産性を高めることが可能となる。更に、封止部材は初期段階における透光性も良好であるため、長時間にわたって高い輝度を維持することができる。また、液状トランスファー成形又はコンプレッション成形を採用することで、図1のような光の取り出し効率が向上するようなレンズ形状を付与することが可能であるという効果も奏される。
図2はLEDパッケージの他の実施形態を示す模式断面図である。図2に示した表面実装型のLEDパッケージ20は、発光ダイオード素子24と、発光ダイオード素子24を封止するように設けられた透光性を有する封止部材26とを備えている。発光ダイオード素子24は、ケース部材27により形成されたキャビティ部28の底部に配置されている。発光ダイオード素子24は、接着部材23を介して一方のリードフレーム22aに電気的に接続されており、ワイヤ25を介して他方のリードフレーム22bと電気的に接続されている。このLEDパッケージ20において封止部材26は、上述の硬化性樹脂組成物の硬化物から形成されている。なお、封止部材26の表面は平坦であり、発光ダイオード素子24から発せられる光を集約する機能は有していない。
一対のリードフレーム22は、ケース部材27に嵌合して組み付けられている。一対のリードフレーム22、接着部材23、発光ダイオード素子24及びワイヤ25はそれぞれ、上記実施形態における一対のリードフレーム2、接着部材3、発光ダイオード素子4及びワイヤ5と同様の材質であればよい。また、ケース部材27は、キャビティ部28に、硬化性樹脂組成物を保持できるような形状を有しており、キャビティ部28はその開口部分が円形になっている。
本発明に係るLEDパッケージは、発光ダイオード素子と、これを封止する封止部材とを備えていればよく、上記のような表面実装型に代えて砲弾型であってもよい。
次に、LEDパッケージの製造方法の好適な実施形態について、図1のLEDパッケージ10を製造する場合を例にして説明する。本実施形態に係るLEDパッケージ10の製造方法は、上記硬化性樹脂組成物を液状トランスファー成形又はコンプレッション成形により硬化成形してLEDパッケージ10の封止部材6を形成する工程を備えている。
まず、上述の硬化性樹脂組成物を準備して、それを成型装置のポット内に充填する。それとは別に、一枚の基板1と、基板1に組み付けられた複数の組立部品とを備える構造体を準備する。組立部品は、一対のリードフレーム2(2a,2b)と、その一方のリードフレーム2a上に設けられた接着部材3と、接着部材3上に形成された発光ダイオード素子4と、発光ダイオード素子4と他方のリードフレーム2bとを電気的に接続するワイヤ5とを備える。この組立部品は上記一対のリードフレーム2により基板1に組み付けられている。この構造体は、成型装置が備える成形金型(以下、単に「金型」という)により形成されるキャビティ内の所定の位置に設置される。成型装置は液状トランスファー成形又はコンプレッション成形に用いられるものであって、その金型により形成されるキャビティが目的とする硬化物の形状をなしているものであれば特に限定されない。
次に、プランジャーを起動させて、硬化性樹脂組成物をポット内からスプル、ランナ、ゲート等の流路を経由して所定の温度に加熱した金型のキャビティ内に圧入する。金型は通常、分離可能な上金型及び下金型から構成されており、それらを連結することによりキャビティが形成される。その後、硬化性樹脂組成物をキャビティ内に一定時間保持することによって、キャビティ内に充填した硬化性樹脂組成物を上記構造体上で硬化する。これにより、硬化性樹脂組成物の硬化物が、目的とする形状に成型され、複数の組立部品を封止するとともに構造体に接着する。
金型温度は、上記流路においては硬化性樹脂組成物の流動性が高く、キャビティ内では硬化性樹脂組成物が短時間で硬化できるような温度に設定することが好ましい。この温度は硬化性樹脂組成物の組成にも依存するが、例えば120〜200℃であることが好適である。また、キャビティ内に硬化性樹脂組成物を圧入する際の射圧は、キャビティ内全体に硬化性樹脂組成物を隙間なく充填できるような圧力に設定することが好ましく、具体的には2MPa以上であることが好ましい。射圧が2MPaを下回るとキャビティ内に未充填部分が生じやすくなったり、封止部材6内にボイドが発生しやすくなったりする傾向にある。
硬化性樹脂組成物の硬化物(封止部材6)を金型から取り出しやすくするために、キャビティを形成する金型内壁面に離型剤を塗布したり噴射したりしてもよい。さらに、硬化物におけるボイドの発生を抑制するために、キャビティ内を減圧できる公知の真空引き装置を用いてもよい。真空引きが可能な装置については特開2004−160882号公報に開示されている。
続いて、構造体及びそれに接着した硬化性樹脂組成物の硬化物をキャビティから取り出した後、複数の組立部品を個々に分離するように基板及び硬化物を切断(ダイシング)する。こうして、上述の硬化性樹脂組成物の硬化物を、組立部品を封止する封止部材として備えるLEDパッケージが得られる。
以上説明した本実施形態のLEDパッケージの製造方法によると、液状トランスファー成形法又はコンプレッション成形法を採用しているため、硬化時間を短く設定でき、LEDパッケージの生産性の向上に繋がる。また、上記成形法を用いることで、任意の形状を付与することが可能であるという効果が得られる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
例えば、本発明のLEDパッケージの製造方法に係る別の実施形態において、封止部材を形成する際に、液状トランスファー成形法及びコンプレッション成形法と比較すると生産性には劣るものの、注型成形法又はポッティング法を採用してもよい。この場合、硬化性樹脂組成物の硬化に要する加熱温度及び加熱時間は、硬化性樹脂組成物の組成にもよるが、60〜150℃、1〜10時間であることが好ましく、80〜150℃、1〜10時間であることがより好ましい。また、硬化に伴い発生する硬化物内の内部応力を低減するために、加熱は徐々にあるいは段階的に温度を上昇させて行うことが好ましい。
以下に、本発明を実施例により具体的に説明する。
(実施例1)
ポリオール成分として、分子量が300、水酸基価540mgKOH/gのポリカプロラクトントリオール(A1:ダイセル化学工業製 プラクセル303)18.1重量部、トリメチロールプロパン(A2:Perstorp社製)8.1重量部を加え、加熱攪拌してポリオール成分A液とした。
トリメチロールプロパン(A2)1.5重量部、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)(B1:デグサジャパン製 H12MDI)15.2重量部を混合し、窒素雰囲気下100℃にて3時間加熱攪拌し、イソシアネート基残存プレポリマー(P1)とした。ポリイソシアネート成分として上記プレポリマー(P1)16.7重量部、ノルボルネンジイソシアネート(B2:三井武田ケミカル株式会社製 コスモネートNBDI)15.9重量部、イソホロンジイソシアネートの3量化体であるイソシアヌレート型イソシアネート70重量%酢酸ブチル溶液(B3:住化バイエルウレタン製 デスモジュールZ4470BA)41.2重量部、ヒンダード型フェノール系酸化防止剤として[2−{3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニル}−1,1−ジメチルエチル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン(C1:住友化学製 スミライザーGA−80)0.1重量部を混合した後、酢酸ブチルを留去し均一樹脂溶液を得た。この樹脂溶液に、離型剤としてイソステアリン酸(D1)2重量部、エステル系シリコーン(D2)2重量部、触媒としてステアリン酸亜鉛(E1:日本油脂株式会社製 MZ−2)0.05重量部を加え、加熱攪拌しポリイソシアネート成分B液とした。
上記A液及びB液を混合し、減圧脱泡した後、3mm厚のシリコーン製スペーサーをガラス板で挟んだ型の中に流し入れ硬化物を形成した。また、この樹脂溶液を用いて、液状トランスファー成形によってLEDパッケージを製造した。
(実施例2)
ポリオール成分として、分子量が300、水酸基価540mgKOH/gのポリカプロラクトントリオール(A1)18.1重量部、トリメチロールプロパン(A2)8.6重量部を加え、加熱攪拌してポリオール成分A液とした。
トリメチロールプロパン(A2)1.1重量部、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)(B1)15.1重量部を混合し、実施例1と同様にしてイソシアネート残存プレポリマー(P1)を得た。上記プレポリマー(P1)16.2重量部、ノルボルネンジイソシアネート(B2)15.9重量部、イソホロンジイソシアネートの3量化体であるイソシアヌレート型イソシアネート70重量%酢酸ブチル溶液(B3)41.2重量部、ヒンダード型フェノール系酸化防止剤として[2−{3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニル}−1,1−ジメチルエチル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン(C1)0.1重量部を混合した後、酢酸ブチルを留去し均一樹脂溶液を得た。この樹脂溶液に、離型剤としてイソステアリン酸(D1)2重量部、エステル系シリコーン(D2)2重量部、触媒としてステアリン酸亜鉛(E1)0.05重量部を加え、加熱攪拌しポリイソシアネート成分B液とした。
上記A液及びB液を混合し、実施例1と同様にして硬化物及びLEDパッケージを製造した。
(実施例3)
ポリオール成分として、分子量が300、水酸基価540mgKOH/gのポリカプロラクトントリオール(A1)18.1重量部、トリメチロールプロパン(A2)9.1重量部を加え、加熱攪拌してポリオール成分A液とした。
トリメチロールプロパン(A2)0.5重量部、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)(B1)7.3重量部を混合し、窒素雰囲気下100℃で加熱攪拌した後、更に4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)(B1)7.9重量部を加え、イソシアネート残存プレポリマー(P1)を得た。上記プレポリマー(P1)15.7重量部、ノルボルネンジイソシアネート(B2)15.9重量部、イソホロンジイソシアネートの3量化体であるイソシアヌレート型イソシアネート70重量%酢酸ブチル溶液(B3)41.2重量部、ヒンダード型フェノール系酸化防止剤として[2−{3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニル}−1,1−ジメチルエチル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン(C1)0.1重量部を混合した後、酢酸ブチルを留去し均一樹脂溶液を得た。この樹脂溶液に、離型剤としてイソステアリン酸(D1)2重量部、エステル系シリコーン(D2)2重量部、触媒としてステアリン酸亜鉛(E1)0.05重量部を加え、加熱攪拌しポリイソシアネート成分B液とした。
上記A液及びB液を混合し、実施例1と同様にして硬化物及びLEDパッケージを製造した。
(実施例4)
ポリオール成分として、分子量が300、水酸基価540mgKOH/gのポリカプロラクトントリオール(A1)18.1重量部、トリメチロールプロパン(A2)8.6重量部を加え、加熱攪拌してポリオール成分A液とした。
トリメチロールプロパン(A2)1.1重量部、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)(B1)15.1重量部を混合し、実施例1と同様にしてイソシアネート残存プレポリマー(P1)を得た。上記プレポリマー(P1)16.2重量部、ノルボルネンジイソシアネート(B2)15.9重量部、イソホロンジイソシアネートの3量化体であるイソシアヌレート型イソシアネート70重量%酢酸ブチル溶液(B3)41.2重量部、ヒンダード型フェノール系酸化防止剤として[2−{3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニル}−1,1−ジメチルエチル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン(C1)0.1重量部を混合した後、酢酸ブチルを留去し均一樹脂溶液を得た。この樹脂溶液に、触媒としてステアリン酸亜鉛(E1)0.05重量部を加え、加熱攪拌しポリイソシアネート成分B液とした。
上記A液及びB液を混合し、実施例1と同様にして硬化物及びLEDパッケージを製造した。
(実施例5)
ポリオール成分として、分子量が300、水酸基価540mgKOH/gのポリカプロラクトントリオール(A1)19.3重量部、トリメチロールプロパン(A2)10.3重量部を加え、加熱攪拌してポリオール成分A液とした。
ノルボルネンジイソシアネート(B2)29.7重量部、イソホロンジイソシアネートの3量化体であるイソシアヌレート型イソシアネート70重量%酢酸ブチル溶液(B3)22.0重量部、トリメチロールプロパン−イソホロンジイソシアネートアダクト体75重量%酢酸エチル溶液(P2:三井化学ポリウレタン社製タケネートD140N)18.7重量部、ヒンダード型フェノール系酸化防止剤として[2−{3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニル}−1,1−ジメチルエチル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン(C1)0.1重量部を混合した後、酢酸ブチル及び酢酸エチルを留去しポリイソシアネート成分B液とした。
上記A液及びB液を混合し、実施例1と同様にして硬化物及びLEDパッケージを製造した。
(実施例6)
ポリオール成分として、分子量が300、水酸基価540mgKOH/gのポリカプロラクトントリオール(A1)17.4重量部、トリメチロールプロパン(A2)9.3重量部を加え、加熱攪拌してポリオール成分A液とした。
4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)(B1)14.6重量部、ノルボルネンジイソシアネート(B2)13.4重量部、イソホロンジイソシアネートの3量化体であるイソシアヌレート型イソシアネート70重量%酢酸ブチル溶液(B3)39.7重量部、トリメチロールプロパン−イソホロンジイソシアネートアダクト体75重量%酢酸エチル溶液(P2:三井化学ポリウレタン社製タケネートD140N)5.6重量部、ヒンダード型フェノール系酸化防止剤として[2−{3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニル}−1,1−ジメチルエチル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン(C1)0.1重量部を混合した後、酢酸ブチル及び酢酸エチルを留去し均一樹脂溶液を得た。この樹脂溶液に、離型剤としてイソステアリン酸(D1)2重量部、エステル系シリコーン(D2)2重量部、触媒としてステアリン酸亜鉛(E1)0.05重量部を加え、加熱攪拌しポリイソシアネート成分B液とした。
上記A液及びB液を混合し、実施例1と同様にして硬化物及びLEDパッケージを製造した。
(比較例1)
ポリオール成分として、分子量が300、水酸基価540mgKOH/gのポリカプロラクトントリオール(A1)18.1重量部、トリメチロールプロパン(A2)9.7重量部を加え、加熱攪拌してポリオール成分A液とした。
4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)(B1)15.2重量部、ノルボルネンジイソシアネート(B2)15.9重量部、イソホロンジイソシアネートの3量化体であるイソシアヌレート型イソシアネート70重量%酢酸ブチル溶液(B3)41.2重量部、ヒンダード型フェノール系酸化防止剤として[2−{3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニル}−1,1−ジメチルエチル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン(C1)0.1重量部を混合した後、酢酸ブチルを留去し均一樹脂溶液を得た。この樹脂溶液に、離型剤としてイソステアリン酸(D1)2重量部、エステル系シリコーン(D2)2重量部、触媒としてステアリン酸亜鉛(E1)0.05重量部を加え、加熱攪拌しポリイソシアネート成分B液とした。
上記A液及びB液を混合し、実施例1と同様にして硬化物及びLEDパッケージを製造した。
(比較例2)
トリメチロールプロパン(A2)21.8重量部、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)(B1)78.2重量部を混合し、実施例1と同様にしてイソシアネート残存プレポリマー(イソシアネート基含有率の理論値4.6%)を得ようとしたがゲル化してしまった。
(比較例3)
ポリオール成分として、分子量が300、水酸基価540mgKOH/gのポリカプロラクトントリオール(A1)18.1重量部、トリメチロールプロパン(A2)9.4重量部を加え、加熱攪拌してポリオール成分A液とした。
トリメチロールプロパン(A2)0.3重量部、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)(B1)3.6重量部を混合し、窒素雰囲気下100℃で加熱攪拌した後、更に4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)(B1)11.6重量部を加え、イソシアネート残存プレポリマー(P1)を得た。上記プレポリマー(P1)15.5重量部、ノルボルネンジイソシアネート(B2)15.9重量部、イソホロンジイソシアネートの3量化体であるイソシアヌレート型イソシアネート70重量%酢酸ブチル溶液(B3)41.2重量部、ヒンダード型フェノール系酸化防止剤として[2−{3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニル}−1,1−ジメチルエチル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン(C1)0.1重量部を混合した後、酢酸ブチルを留去し均一樹脂溶液を得た。この樹脂溶液に、離型剤としてイソステアリン酸(D1)2重量部、エステル系シリコーン(D2)2重量部、触媒としてステアリン酸亜鉛(E1)0.05重量部を加え、加熱攪拌しポリイソシアネート成分B液とした。
上記A液及びB液を混合し、実施例1と同様にして硬化物及びLEDパッケージを製造した。
上記実施例1〜6、比較例1〜3の配合を表1に示した。
Figure 0005277940
ここで表1中の数字は重量部、「A1」は分子量が300、水酸基価が540mgKOH/gのポリカプロラクトントリオール、「A2」はトリメチロールプロパン、「P1」はトリメチロールプロパンと4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)から得られるイソシアネート基残存プレポリマー、「P2」はトリメチロールプロパン−イソホロンジイソシネートアダクト体、「B1」は4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、「B2」はノルボルネンジイソシアネート、「B3」はイソホロンジイソシアネートの3量化体であるイソシアヌレート型イソシアネート70重量%酢酸ブチル溶液、「C1」は[2−{3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニル}−1,1−ジメチルエチル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン、「D1」はイソステアリン酸、「D2」はエステル系シリコーン、「E1」はステアリン酸亜鉛を表す。
上記実施例1〜6、比較例3中のプレポリマーについてイソシアネート基(NCO)含有率を測定した。硬化性樹脂組成物について、得られる硬化物の均一性を観察した。また、硬化性樹脂組成物についてゲル化時間を、樹脂硬化物について、ガラス転移温度、線膨張係数を測定した。硬化性樹脂組成物を用いて、液状トランスファー成形によってLEDパッケージを製造し、その成形性を評価した。また、液状トランスファー成形で製造したLEDパッケージを用いて、高温高湿点灯試験での輝度維持率、温度サイクル試験での断線を評価した。その結果を表2に示す。
(プレポリマー中のNCO含有率)
プレポリマー中のイソシアネート基含有率は以下の手順に従って測定した。
(1)試料約0.5〜1.0gを三角フラスコに精秤し、メチルエチルケトン25mlを加え溶解した。
(2)上記三角フラスコに0.5mol/lのジ−n−ブチルアミン/トルエン溶液25mlを正確に加え、よく混合した後20分間静置した。
(3)メタノール50mlとブロモフェノールブルー指示薬数滴を加え、0.5mol/l塩酸で滴定した。溶液の色が青から黄色になった点を終点とした。
(4)上記(1)〜(3)と同様の操作でブランク試験を行った。
(5)下記の計算式(a)を用いて、イソシアネート基含有率を算出した。
NCO(%)=(B−A)×f×2.1/S ・・・(a)
ここで式(a)中、A:試料の滴定に要した塩酸の滴定量(ml)、B:ブランクの滴定に要した塩酸の滴定量(ml)、f:塩酸のファクター、S:試料採取量(g)をそれぞれ示す。
(硬化物の均一性)
硬化物の均一性は、シリコーンスペーサーで挟んで形成した硬化物の外観を目視で観察し、透明であり、ムラが無ければ○、それ以外のものは×とした。
(ゲル化時間)
ゲル化時間は、ゲル化試験機(SYSTEM SEIKO製)を用い、ホットプレートの温度を165℃に設定し、樹脂溶液がゲル化する時間を測定した。
ガラス転移温度は、19×3×3mmの試験片を切り出し、熱機械分析装置(TMA−8141BS TAS−100理化学電気製)によって昇温速度5℃/分で測定した。熱膨張曲線の屈曲線からガラス転移温度(以下Tg)を求め、Tg以下の傾きからα1を、Tg以上の傾きからα2を求めた(α1、α2は、線膨張係数である。単位;×10−6/K)。
(液状トランスファー成形性)
液状トランスファー成形の成型条件は、金型温度165〜175℃、射圧4MPa〜15MPa、注入時間20〜50秒、保持時間90〜300秒とした。該成型法で、外形寸法が5.1mm×3.9mm×4.7mmのLEDパッケージを製造した。製造したLEDパッケージの外観を顕微鏡で観察し、ボイド、未充填、形状の変形が無ければ○、それ以外のものは×とした。
(耐高温高湿性)
青色LED素子を実装したLEDパッケージを上記液状トランスファー成形で製造し、該パッケージを用いて高温高湿点灯試験を行った。輝度は、DC20mAの電流を流してLEDを点灯させ、瞬間マルチ測光装置(大塚電子製)を用いて測定した。試験は、85℃、85%RH、DC20mAの条件で行い、1000時間処理後LEDパッケージを取り出し、輝度を測定した。試験前の輝度に対する試験後の輝度維持率が0.8以上のときは○、0.7未満のときは×とした。
(耐温度サイクル性)
青色LED素子を実装したLEDパッケージを上記液状トランスファー成形で製造し、該パッケージを用いて温度サイクル試験を行った。−40℃/30分、85℃/30分で1サイクルとし、500サイクルではく離、クラック、ワイヤの断線等がないか観察した。いずれも観察されないものは○、それ以外のものは×とした。
Figure 0005277940
実施例1〜6では、プレポリマー中のイソシアネート含有率が10〜28重量%であり、均一な硬化物が得られる。一方、プレポリマーを用いない比較例1では、均一な硬化物が得られなかった。比較例2では、トリメチロールプロパンの量が多すぎたために目的とするプレポリマーはゲル化してしまった。逆に、比較例3ではトリメチロールプロパンの量が少なく、プレポリマー中のイソシアネート含有率が大きかったために、均一な硬化物が得られなかった。実施例1〜6では、ゲル化時間が液状トランスファーに必要な条件を満たし、実際液状トランスファー成形で成形性よくLEDパッケージを製造できた。一方、比較例1、3を用いて製造したパッケージでは、形状にムラが観察された。実施例1〜6は、耐高温高湿性、及び耐温度サイクル性に優れるLEDパッケージが得られた。
LEDパッケージの一実施形態を示す模式断面図である。 LEDパッケージの他の実施形態を示す模式断面図である。
符号の説明
1…基板、2,2a,2b…リードフレーム、3,23…接着部材、4,24…発光ダイオード素子、5,25…ワイヤ、6,26…封止部材、6a…平板状部、6b…レンズ部、10,20…LEDパッケージ、22,22a,22b…リードフレーム、27…ケース部材、28…キャビティ部。

Claims (7)

  1. 3官能以上のポリカプロラクトンポリオール、及び3官能以上の脂肪族ポリオールを含有してなるポリオール成分と、
    第2級炭素原子に結合したイソシアネート基を有する2官能又は3官能の脂環式ポリイソシアネート、及び第2級炭素原子に結合したイソシアネート基を有する2官能又は3官能の脂環式ポリイソシアネートとポリオールとの反応で得られる、イソシアネート基を有するプレポリマーを含有してなるポリイソシアネート成分と、を含み、
    前記プレポリマーにおけるイソシアネート基の含有率が10〜28重量%である硬化性樹脂組成物であって、
    前記ポリカプロラクトンポリオールが500以下の重量平均分子量及び300mgKOH/g以上の水酸基価を有し、前記ポリカプロラクトンポリオールの前記ポリオール成分全体に対する割合が40重量%以上であり、
    前記脂肪族ポリオールが350以下の重量平均分子量及び1000mgKOH/g以上の水酸基価を有し、前記脂肪族ポリオールの前記ポリオール成分全体に対する割合が30重量%以上であり、
    前記脂環式ポリイソシアネートの前記ポリイソシアネート成分全体に対する割合が40重量%以上である、硬化性樹脂組成物。
  2. 前記プレポリマーが、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)と、当該4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)に対して3〜10重量%のトリメチロールプロパンと、の反応で得られるプレポリマーである、請求項1記載の硬化性樹脂組成物。
  3. ヒンダード型フェノール系酸化防止剤をさらに含有する、請求項1又は2に記載の硬化性樹脂組成物。
  4. 165℃でのゲル化時間が10〜200秒である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の硬化性樹脂組成物。
  5. ガラス転移温度が110℃以上である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の硬化性樹脂組成物。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の硬化性樹脂組成物を液状トランスファー成形又はコンプレッション成形により成形して、LEDパッケージの封止部材を形成する工程を備える、LEDパッケージの製造方法。
  7. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の硬化性樹脂組成物を成形して得ることのできる封止部材を備えるLEDパッケージ。
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