JP5764432B2 - 硬化性エポキシ樹脂組成物 - Google Patents
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Description
また、本発明の他の目的は、上記硬化性エポキシ樹脂組成物を硬化してなる、高い透明性、耐熱性、耐光性、及び耐クラック性を兼ね備えた硬化物を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、経時での光度低下が抑制された光半導体装置が得られる、上記硬化性エポキシ樹脂組成物からなる光半導体封止用樹脂組成物を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記光半導体封止用樹脂組成物を用いて光半導体素子を封止することにより得られる、高い耐熱性、耐光性、透明性、及び耐クラック性を兼ね備えた硬化物により光半導体素子が封止され、経時での光度低下が抑制された光半導体装置を提供することにある。
で表されるモノアリルジグリシジルイソシアヌレート化合物(B)と、分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(C)と、硬化剤(D)と、硬化促進剤(E)とを含むことを特徴とする硬化性エポキシ樹脂組成物を提供する。
で表されるモノアリルジグリシジルイソシアヌレート化合物(B)と、分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(C)と、硬化触媒(F)とを含むことを特徴とする硬化性エポキシ樹脂組成物を提供する。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物は、脂環式エポキシ化合物(A)と、下記式(1)
で表されるモノアリルジグリシジルイソシアヌレート化合物(B)と、分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(C)と、硬化剤(D)と、硬化促進剤(E)とを少なくとも含む。また、本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物は、脂環式エポキシ化合物(A)と、上記式(1)で表されるモノアリルジグリシジルイソシアヌレート化合物(B)と、分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(C)と、硬化触媒(F)とを少なくとも含む。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物を構成する脂環式エポキシ化合物(A)は、分子内(1分子内)に脂環(脂肪族環)構造とエポキシ基とを少なくとも有する化合物である。より具体的には、脂環式エポキシ化合物(A)には、(i)脂環を構成する隣接する2つの炭素原子と酸素原子とで構成されるエポキシ基を有する化合物、及び(ii)脂環にエポキシ基が直接単結合で結合している化合物が含まれる。但し、脂環式エポキシ化合物(A)には、後述の分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(C)は含まれないものとする。
本発明で用いられるモノアリルジグリシジルイソシアヌレート化合物(B)は、下記の一般式(1)で表すことができる。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物の成分(C)である、分子内(一分子中)に2以上のエポキシ基を有するシロキサン誘導体は、硬化物の耐熱性、耐光性を向上させ、光半導体装置の光度低下を抑制する役割を担う。
硬化剤(D)は、エポキシ基を有する化合物を硬化させる働きを有する。本発明における硬化剤(D)としては、エポキシ樹脂用硬化剤として公知乃至慣用の硬化剤を使用することができる。本発明における硬化剤(D)としては、中でも、25℃で液状の酸無水物が好ましく、例えば、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を挙げることができる。また、例えば、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常温(約25℃)で固体状の酸無水物は、常温(約25℃)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、本発明における硬化剤(D)として使用することができる。なお、硬化剤(D)は単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。上述のように、硬化剤(D)としては、硬化物の耐熱性、耐光性、耐クラック性の観点で、飽和単環炭化水素ジカルボン酸の無水物(環にアルキル基等の置換基が結合したものも含む)が好ましい。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物は、さらに、硬化促進剤(E)を含む。硬化促進剤(E)は、エポキシ基を有する化合物が硬化剤により硬化する際に、硬化速度を促進する機能を有する化合物である。硬化促進剤(E)としては、公知乃至慣用の硬化促進剤を使用することができ、例えば、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7(DBU)、及びその塩(例えば、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);1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノネン−5(DBN)、及びその塩(例えば、ホスホニウム塩、スルホニウム塩、4級アンモニウム塩、ヨードニウム塩);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;オクチル酸スズ、オクチル酸亜鉛などの有機金属塩;金属キレートなどが挙げられる。硬化促進剤(E)は単独で、又は2種以上を混合して使用することができる。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物においては、上述の硬化剤(D)及び硬化促進剤(E)の代わりに、硬化触媒(F)を用いてもよい。硬化剤(D)及び硬化促進剤(E)を用いた場合と同様に、硬化触媒(F)を用いることによってエポキシ基を有する化合物の硬化反応を進行させ、硬化物を得ることができる。上記硬化触媒(F)としては、特に限定されないが、紫外線照射又は加熱処理を施すこと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)を用いることができる。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物は、ゴム粒子を含んでいてもよい。ゴム粒子としては、例えば、粒子状NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、反応性末端カルボキシル基NBR(CTBN)、メタルフリーNBR、粒子状SBR(スチレン−ブタジエンゴム)等が挙げられる。ゴム粒子は、ゴム弾性を有するコア部分と、該コア部分を被覆する少なくとも1層のシェル層とから成る多層構造(コアシェル構造)を有し、表面に脂環式エポキシ化合物と反応し得る官能基としてヒドロキシル基及び/又はカルボキシル基を有し、平均粒子径が10nm〜500nm、最大粒子径が50nm〜1000nmであるゴム粒子であって、該ゴム粒子の屈折率と当該硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物の屈折率との差が±0.02以内であるゴム粒子であっても良い。上記ゴム粒子の配合量は、必要に応じて適宜調整することができ、特に限定されないが、硬化性エポキシ樹脂組成物中に含まれるエポキシ基を有する化合物の全量(100重量部)に対して、0.5〜30重量部が好ましく、より好ましくは1〜20重量部である。ゴム粒子の使用量が0.5重量部を下回ると、硬化物の耐クラック性が低下する傾向があり、一方、ゴム粒子の使用量が30重量部を上回ると、硬化物の耐熱性及び透明性が低下する傾向がある。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物には、上記以外にも、本発明の効果を損なわない範囲内で各種添加剤を使用することができる。上記添加剤として、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどの水酸基を有する化合物を使用すると、反応を緩やかに進行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、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、離型剤などの慣用の添加剤を使用することができる。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物を硬化させることにより、透明性、耐熱性、耐光性、及び耐クラック性などの諸物性に優れた硬化物を得ることができる。硬化の際の加熱温度(硬化温度)は、特に限定されないが、45〜200℃が好ましく、より好ましくは100〜190℃、さらに好ましくは100〜180℃である。また、硬化の際に加熱する時間(硬化時間)は、特に限定されないが、30〜600分が好ましく、より好ましくは45〜540分、さらに好ましくは60〜480分である。硬化温度と硬化時間が上記範囲の下限値より低い場合は、硬化が不十分となり、逆に上記範囲の上限値より高い場合は、樹脂成分の分解が起きる場合があるので、いずれも好ましくない。硬化条件は種々の条件に依存するが、例えば、硬化温度を高くした場合は硬化時間を短く、硬化温度を低くした場合は硬化時間を長くする等により、適宜調整することができる。
本発明の光半導体封止用樹脂組成物は、本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物からなる。本発明の光半導体封止用樹脂組成物を用いることにより、透明性、耐熱性、耐光性、及び耐クラック性などの諸物性に優れた硬化物により光半導体素子が封止された、経時で光度が低下しにくい光半導体装置が得られる。上記光半導体装置は、高出力、高輝度の光半導体素子を備える場合であっても、経時で光度が低下しにくい。
本発明の光半導体装置は、本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物(光半導体封止用樹脂組成物)で光半導体素子を封止することにより得られる。光半導体素子の封止は、上述の方法で調製された硬化性エポキシ樹脂組成物を所定の成形型内に注入し、所定の条件で加熱硬化して行う。これにより、硬化性エポキシ樹脂組成物によって光半導体素子が封止されてなる光半導体装置が得られる。硬化温度と硬化時間は、上記と同様の範囲で設定することができる。
(硬化剤と硬化促進剤と添加剤の混合物、以下K剤と記載する)
硬化剤(新日本理化(株)製、リカシッド MH−700):100重量部、硬化促進剤(サンアプロ(株)製、U−CAT 18X):0.5重量部、添加剤(和光純薬工業(株)製、エチレングリコール):1重量部を、自公転式攪拌装置((株)シンキー製、あわとり練太郎AR−250)を使用して均一に混合し、脱泡してK剤を得た。
(エポキシ樹脂)
モノアリルジグリシジルイソシアヌレート(四国化成工業(株)、MA−DGIC)、脂環式エポキシ化合物(ダイセル化学工業(株)製、セロキサイド2021P)、及び分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(信越化学工業(株)製、X−40−2678;信越化学工業(株)製、X−40−2720;信越化学工業(株)製、X−40−2670)を、表1に示す配合処方(単位:重量部)に従って混合し、80℃で1時間攪拌することでモノアリルジグリシジルイソシアヌレートを溶解させ、エポキシ樹脂(混合物)を得た。
実施例1〜12では、製造例2にて得たエポキシ樹脂と製造例1にて得たK剤とを、表1に示す配合処方(単位:重量部)に従って、各成分を自公転式攪拌装置((株)シンキー製、あわとり練太郎AR−250)を使用して均一に混合し、脱泡して硬化性エポキシ樹脂組成物を得た。また、表1に示すように、比較例1ではエポキシ樹脂として脂環式エポキシ化合物(ダイセル化学工業(株)製、セロキサイド2021P)のみを、比較例2〜4では、エポキシ樹脂として分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(信越化学工業(株)製、X−40−2678;信越化学工業(株)製、X−40−2720;信越化学工業(株)製、X−40−2670)のみを用いて、上記と同様にして硬化性エポキシ樹脂組成物を得た。
上記硬化性エポキシ樹脂組成物を図1に示す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℃のオーブン(樹脂硬化オーブン)で5時間加熱することで、硬化した樹脂でLED素子を封止した光半導体装置を得た。図1において、100はリフレクター(光反射用樹脂組成物)、101は金属配線、102はLED素子、103はボンディングワイヤ、104は透明封止樹脂(硬化物)を示す。
実施例13〜24では、製造例2にて得たエポキシ樹脂と硬化触媒(三新化学工業(株)製、サンエイド SI−100L)を、表1に示す配合処方(単位:重量部)に従って、各成分を自公転式攪拌装置((株)シンキー製、あわとり練太郎AR−250)を使用して均一に混合し、脱泡して硬化性エポキシ樹脂組成物を得た。また、表1に示すように、比較例5ではエポキシ樹脂として脂環式エポキシ化合物(ダイセル化学工業(株)製、セロキサイド2021P)のみを、比較例6〜8では、エポキシ樹脂として分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(信越化学工業(株)製、X−40−2678;信越化学工業(株)製、X−40−2720;信越化学工業(株)製、X−40−2670)のみを用いて、上記と同様にして硬化性エポキシ樹脂組成物を得た。
上記硬化性エポキシ樹脂組成物を図1に示す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、オーブン(樹脂硬化オーブン)を用いて、110℃で3時間、続いて、140℃で4時間加熱することで、硬化した樹脂で素子を封止した光半導体装置を得た。
実施例及び比較例で得られた硬化性エポキシ樹脂組成物ならびに光半導体装置について、以下の方法で評価試験を行った。
実施例及び比較例で得られた光半導体装置の全光束を全光束測定機を用いて測定した(「0時間の全光束」とした)。さらに、85℃の恒温槽内で100時間、光半導体装置に60mAの電流を流した後の全光束を測定した(「100時間後の全光束」とした)。そして、次式から光度保持率を算出した。結果を表1に示す。
{光度保持率(%)}
={100時間後の全光束(lm)}/{0時間の全光束(lm)}×100
実施例及び比較例で得られた光半導体装置(各硬化性エポキシ樹脂組成物につき2個用いた)を、30℃、70%RHの条件下で168時間吸湿させた後、リフロー炉を用いて260℃で10秒間の加熱処理を2回施した。その後、光半導体装置の封止樹脂(硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物)に生じたクラックの長さを、デジタルマイクロスコープ(VHX−900、(株)キーエンス製)を使用して観察し、光半導体装置2個のうち長さが90μm以上のクラックを有する光半導体装置の個数を計測した。結果を表1に示す。
実施例及び比較例で得られた光半導体装置(各硬化性エポキシ樹脂組成物につき2個用いた)に対し、−40℃の雰囲気下に30分曝露し、続いて、100℃の雰囲気下に30分曝露することを1サイクルとした熱衝撃を、熱衝撃試験機を用いて200サイクル分与えた。その後、光半導体装置の封止樹脂(硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物)に生じたクラックの長さを、デジタルマイクロスコープ(VHX−900、(株)キーエンス製)を使用して観察し、光半導体装置2個のうち長さが90μm以上のクラックを有する光半導体装置の個数を計測した。結果を表1に示す。
通電試験において光度保持率が90%以上であり、なおかつ、はんだ耐熱性試験と熱衝撃試験において共に、長さ90μm以上のクラックが生じた光半導体装置の個数が0個となったものを、総合判定○(良好)とした。これ以外のものを総合判定×(不良)とした。結果を表1に示す。
(エポキシ樹脂)
CEL2021P(セロキサイド2021P):3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(3,4−エポキシ)シクロヘキサンカルボキシレート、ダイセル化学工業(株)製
MA−DGIC:モノアリルジグリシジルイソシアヌレート、四国化成工業(株)製
X−40−2678:分子内に2個のエポキシ基を有するシロキサン誘導体、信越化学工業(株)製
X−40−2720:分子内に3個のエポキシ基を有するシロキサン誘導体、信越化学工業(株)製
X−40−2670:分子内に4個のエポキシ基を有するシロキサン誘導体、信越化学工業(株)製
(K剤)
リカシッド MH−700:4−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=70/30、新日本理化(株)製
U−CAT 18X:硬化促進剤、サンアプロ(株)製
エチレングリコール:和光純薬工業(株)製
(硬化触媒)
SI−100L(サンエイド SI−100L):アリールスルホニウム塩、三新化学工業(株)製
・樹脂硬化オーブン
エスペック(株)製 GPHH−201
・恒温槽
エスペック(株)製 小型高温チャンバー ST−120B1
・全光束測定機
オプトロニックラボラトリーズ社製 マルチ分光放射測定システム OL771
・熱衝撃試験機
エスペック(株)製 小型冷熱衝撃装置 TSE−11−A
・リフロー炉
日本アントム(株)製、UNI−5016F
101:金属配線
102:LED素子
103:ボンディングワイヤ
104:透明封止樹脂
Claims (7)
- 前記分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(C)の含有量が、成分(A)、成分(B)、及び成分(C)の合計量(100重量%)に対して、5〜60重量%である請求項1又は2に記載の硬化性エポキシ樹脂組成物。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ樹脂組成物を硬化してなる硬化物。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ樹脂組成物からなる光半導体封止用樹脂組成物。
- 請求項6に記載の光半導体封止用樹脂組成物で光半導体素子を封止した光半導体装置。
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