JPH0580929B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 この発明は、発光ダイオード、フオトダイオー
ド等の光半導体素子を樹脂封止してなる光半導体
装置に関するものである。 〔従来の技術〕 一般に、光半導体装置は、発光ダイオード、フ
オトダイオード等の光半導体素子を酸無水物硬化
剤を含有するエポキシ樹脂組成物によつて樹脂封
止することにより構成されている。しかしなが
ら、封止樹脂と素子、リード、リードフレームと
の線膨脹係数の相違により、樹脂封止に際して、
上記封止用エポキシ樹脂組成物が硬化温度から室
温に冷却される過程で収縮に基づくかなりの内部
応力が発生し、これにより封止樹脂や配線の損傷
が生じ、光半導体装置の信頼性の低下現象が生じ
ている。この内部応力の低減のためにエポキシ樹
脂をゴム変性することが考えられる。しかしなが
ら、このようにゴム変性すると、封止樹脂が黄色
に着色するため、光半導体装置の発光、受光特性
が著しく阻害されるようになる。したがつて、実
用化は不可能である。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記のように、エポキシ樹脂をゴム変性するこ
とは実用上不可能であるが、それに変えてシリコ
ーン樹脂を用いてエポキシ樹脂を変性し、内部応
力を低下させることも検討されている。しかしな
がら、シリコーン樹脂はエポキシ樹脂との相溶性
が悪いため、その変性のためには、エポキシ基と
反応する反応基をもつたシリコーン樹脂とエポキ
シ樹脂とを高温で長時間反応させ、エポキシ樹脂
をシリコーン変性する必要がある。しかしなが
ら、このようにすると、変性時の高温のため生成
変性物が著しく着色し全体が黄色ないし赤色を帯
びるようになるため、無色透明性を要求される光
半導体素子の封止樹脂に利用するには難点があ
る。 この発明は、このような事情に鑑みなされたも
ので、信頼性が高く、しかも発光、受光特性に優
れた光半導体装置の提供をその目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 上記の目的を達成するため、この発明の光半導
体装置は、下記の(A)および(B)成分を含有するエポ
キシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止すると
いう構成をとる。 (A) エポキシ樹脂。 (B) アルコール性水酸基含有オリガノポリシロキ
サンによつて部分的に開環エステル化された酸
無水物からなる酸無水物系硬化剤。 すなわち、本発明者らは、内部応力が小さく、
しかも無色透明性に優れた封止樹脂を形成しうる
エポキシ樹脂組成物の開発のために一連の研究を
重ねた結果、アルコール性水酸基含有オルガノポ
リシロキサンと酸無水物とが容易に反応して無色
透明な部分エステル変酸無水物を形成し、これを
エポキシ樹脂の硬化剤として使用すると内部応力
が小さく、しかも無色透明性に優れたエポキシ樹
脂硬化物が得られることを見いだしこの発明に到
達した。 この発明の光半導体装置は、上記の(A)および(B)
成分を含有するエポキシ樹脂組成物を用いること
によつて得られる。 上記(A)成分となるエポキシ樹脂は、１分子中に
少なくとも１個のエポキシ基を有する従来公知の
ものであつて無色ないし極く淡色の透明なものが
好ましい。例えば、ビスフエノールＡ型エポキシ
樹脂、ビスフエノールＦ型エポキシ樹脂、脂環式
エポキシ樹脂、フエノールノボラツク型エポキシ
樹脂、クレゾールノボラツク型エポキシ樹脂、含
複素環エポキシ樹脂、水添ビスフエノールＡ型エ
ポキシ樹脂、芳香族・脂肪族もしくは脂環式カル
ボン酸のグリシジルエステル型エポキシ樹脂、ス
ピロ環含有エポキシ樹脂等があげられる。 上記(B)成分の酸無水物系硬化剤に使用されるア
ルコール性水酸基含有オルガノポリシロキサン
は、アルコール性水酸基含有シリコーン樹脂であ
り、例えば、下記の示性式（）で表される R¹aR²bSiO４−ａ−ｂ／２ ……（） 〔式（）において、R¹はR²を除く置換もしく
は非置換の１価の炭化水素基、R²は水酸基を有
する２価の炭化水素基、ａは１〜２の正数、ｂは
0.1〜2.0の正数である。〕 上記R¹およびR²についてより詳しく説明する
と、R¹としては、メチル、エチル、プロピル、
２−エチルヘキシル、シクロヘキシル等のアルキ
ル基、ビニル、アリル、シクロペンテニル等のア
ルケニル基、フエニル、ナフチル、トリル等のア
リール基およびこれらの１価炭化水素をハロゲン
等で置換したものを例示することができる。好ま
しいのはアルキル基、ビニル基およびフエニル基
である。上記R²としては、上記R¹の１価炭化水
素に水酸基を導入したものでよく、メチロール
基、３−ヒドロキシプロピル基等を例示すること
ができる。上記の基以外に、−
CH₂SCH₂CH₂OH、−（CH₂）₃SCH₂CH₂OH、

【式】−CH₂SCH₂CH₂N （CH₂CH₂OH）₂基等のようなイオウ、窒素を含む
ものであつてもよい。そして、上記式（）にお
いて、繰返し数ａは１〜２であることが必要であ
る。すなわち、ａが１より小さいと生成エポキシ
樹脂硬化物が脆くなり、逆に上記ａが２より大き
くなると生成エポキシ樹脂硬化物が白濁するよう
になるからである。また、繰返し数ｂは0.1〜2.0
であり、上記ｂが0.1よりも小さくなると相溶性
が低下して生成エポキシ樹脂硬化物が白濁するよ
うになり、逆に繰返し数ｂが１より大きくなると
生成エポキシ樹脂硬化物が脆くなるからである。 上記アルコール性水酸基含有オルガノポリシロ
キサンとしては、入手の容易性から、通常、下記
の式（）で表されるものが使用される。

〔式（）において、Ｒは２価の炭化水素基、R′、R″は１価の炭化水素基、ｎは０〜20の整数である。〕

上記R′、R″およびｎについてより詳しく説明
すると、Ｒとしては、−CH₂CH₂−、−
CH₂CH₂CH₂−等が例示され、R′、R″としては、
メチル基、フエニル基等が例示される。そして、
繰返し数ｎは０〜20の整数であることが必要であ
り、上記ｎが20より大きくなると生成エポキシ樹
脂硬化物が白濁するようになる。上記のようにア
ルコール性水酸基含有オルガノポリシロキサンと
反応させる酸無水物としては、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、エンドメチレンテト
ラヒドロ無水フタル酸、メチルエンドメチレンテ
トラヒドロ無水フタル酸、無水コハク酸、無水マ
レイン酸、ピロメリツト酸二無水物、ベンゾフエ
ノンテトラカルボン酸二無水物、無水トリメリツ
ト酸ならびにトリメリツト酸無水物のエチレング
リコールエステル等の無色ないし淡黄色のものを
例示することができる。 上記酸無水物とアルコール性水酸基含有オルガ
ノポリシロキサンとの反応に際しては、上記両化
合物を水酸基／酸無水物基＝0.2〜1.0（モル比）
の範囲内において、60〜120℃、0.5〜３時間加熱
混合することが行われ、このようにすることによ
り、この発明で使用する部分エステル化酸無水物
が好適に製造される。このようにして得られた部
分エステル化酸無水物は、無色透明もしくは微濁
状である。上記の反応に際して、水酸基の量が少
なすぎると、生成部分エステル化酸無水物が白濁
するようになり、逆に多くなりすぎるとエポキシ
樹脂硬化物が柔らかくなりすぎてゴム状になるの
で好ましくない。 エポキシ樹脂と上記のようにして得られた部分
エステル化酸無水物との配合比は、（酸無水物の
カルボン酸）／（エポキシ基）＝0.8〜1.2（モル
比）の範囲内に設定することが好適である。上記
の範囲を外れると、生成エポキシ樹脂硬化物のガ
ラス転移温度が急激に低下し、また場合によつて
は生成エポキシ樹脂硬化物が着色することもある
ため好ましくない。 この発明で用いるエポキシ樹脂組成物は、上記
のようなエポキシ樹脂（液状）および部分エステ
ル化酸無水物（液状）とを混合し、必要に応じて
それ以外の配合剤を混合することによつて得られ
る。そして、光半導体素子の封止はポツテング等
によつて行うことができ、それによつて目的とす
る光半導体装置が得られるようになる。 〔発明の効果〕 以上のように、この発明の光半導体装置は、ア
ルコール性水酸基含有オリガノポリシロキサンに
よつて部分的に開環エステル化された部分エステ
ル化酸無水物を硬化剤として含有するエポキシ樹
脂組成物によつて封止されているため、内部応力
に起因する半導体素子特性の低下が生じていず極
めて信頼性が高い。そのうえ、封止樹脂の透明性
が高いため発光、受光特性にも優れている。 つぎに、実施例について比較例と併せて説明す
る。 実施例 １ メチルヘキサヒドロ無水フタル酸100重量部
（以下「部」と略す）と下記の式

【化】 で示されるアルコール性水酸基含有オルガノポリ
シロキサン50部とを室温で混合した。この混合に
よつて溶液が白濁した。つぎに、これを100℃で
１時間加熱混合した結果、透明な液状物となつ
た。つぎに、この透明な液状物150部と脂環式エ
ポキシ樹脂（エポキシ当量133、20℃における粘
度４ポイズ）100部とを混合したところ、透明均
一な状態となつた。これを用いポツテングにより
GaAs発光ダイオード（LED）を封止し、120℃
で16時間放置して硬化させた。この結果、封止樹
脂は無色透明となつていた。このようにして得ら
れた半導体装置について、通電輝度劣化（Ip＝25
ｍＡ、20℃、150時間）を測定したところ、輝度
の低下はみられなかつた。 実施例 ２ メチルヘキサヒドロ無水フタル酸100部と、実
施例１で用いたと同様のアルコール性水酸基含有
ジメチルオリシロキサン100部とを混合した。そ
の結果、混合物は白濁した。つぎに、これを100
℃で0.5時間加熱混合したところ、熱時透明、室
温でも透明な液体が得られた。つぎに、この透明
な液体200部と、実施例１で用いたと同様の脂環
式エポキシ樹脂100部とを混合した。その結果、
均一な透明液が得られた。これ以降は実施例１と
同様にして半導体装置を製造した。得られた半導
体装置は封止樹脂が無色透明となつていた。そし
て、これについて実施例１と同様にして輝度の劣
化を調べたところ輝度の低下はみられなかつた。 実施例 ３ 無水フタル酸100部と、実施例１で用いたと同
様のアルコール性水酸基含有ジメチルポリシロキ
サン60部とを混合し、これを120℃に温めながら
撹拌を２時間継続した。その結果、無色透明の液
体が得られた。つぎに、これを160部と、ビスフ
エノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量188、
20℃における粘度220ポイズ）100部とを混合した
ところ、微濁液が得られた。この微濁液を用い、
実施例１と同様にして半導体装置を製造した。そ
の結果、封止樹脂は無色透明になつた。そして、
得られた半導体装置を実施例１と同様にして輝度
劣化を調べた結果、喜怒の低下はみられなかつ
た。 実施例 ４ メチルヘキサヒドロ無水フタル酸100部と下記
の式

【式】 で示されるアルコール性水酸基含有ジメチルジシ
ロキサン20部とを混合した。その結果、透明液が
得られた。つぎに、これを100℃で１時間加熱混
合したのち冷却し、実施例３で用いたと同様のビ
スフエノールＡ型エポキシ樹脂100部と混合した。
その結果、透明な混合液が得られた。ついで、こ
の透明な混合液を用い、実施例１と同様にして半
導体装置を製造した。得られた半導体装置の封止
樹脂は無色透明となつていた。そして、これにつ
いて実施例１と同様にして輝度劣化を調べたとこ
ろ輝度の低下はみられなかつた。 比較例 １ 実施例３で用いたと同様のビスフエノールＡ型
エポキシ樹脂100部とメチルヘキサヒドロ無水フ
タル酸100部および２−エチル−４−メチルイミ
ダゾール0.4部とを混合し、この混合液を用い実
施例１と同様にして半導体装置を製造した。得ら
れた半導体装置について実施例１と同様にして輝
度劣化を調べた結果、輝度が初期の半分以下に低
下した。 比較例 ２ 実施例１で用いたと同様の脂環式エポキシ樹脂
100部と実施例１で用いたと同様のアルコール性
水酸基含有ジメチルポリシロキサン40部とを混合
した。その結果、白濁液が得られた。この白濁液
を120℃で３時間加熱したが透明にはならなかつ
た。そして、この白濁液140部にメチルヘキサヒ
ドロ無水フタル酸100部を加え混合したが、依然
として白濁したままであつた。つぎに、この白濁
液を用い実施例１と同様にして半導体装置を製造
した。得られた半導体装置の封止樹脂は白濁して
いた。 以上の実施例および比較例において、エポキシ
樹脂およびそれの変性に用いる水酸基含有ポリシ
ロキサンをＡ群に、部分エステル化酸無水物の製
造に用いる原料をＢ群にし、これを下記の表にま
とめて示した。そして、両原料から得られた硬化
物の透明性等の特性を同表に併せて示した。

【表】 上記の表から明らかなように、実施例品によれ
ば内部応力が小さく、輝度劣化の生じない優れた
光半導体装置が得られることがわかる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下記の(A)および(B)成分を含有するエポキシ樹
   脂組成物を用いて半導体素子を封止してなる光半
   導体装置。 (A) エポキシ樹脂。 (B) アルコール性水酸基含有オルガノポリシロキ
   サンによつて部分的に開環エステル化された酸
   無水物からなる酸無水物系硬化剤。 ２ 酸無水物系硬化剤が、下記の示性式（）で
   表されるアルコール性水酸基含有オルガノポリシ
   ロキサンと酸無水物とを、水酸基／酸無水物基＝
   0.2〜1.0（モル比）の範囲内で反応させて得られ
   たものである特許請求の範囲第１項記載の光半導
   体装置。 R¹aR²bSiO４−ａ−ｂ／２ ……（） 〔式（）において、R¹はR²を除く置換もしく
   は非置換の１価の炭化水素基、R²は水酸基を有
   する２価の炭化水素基、ａは１〜２の正数、ｂは
   0.1〜2.0の正数である。〕 ３ アルコール性水酸基含有オルガノポリシロキ
   サンが、下記の構造式（）で表されるものであ
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の光半
   導体装置。 【化】 〔式（）において、Ｒは２価の炭化水素基、
   R′、R″は１価の炭化水素基、ｎは０〜20の整数
   である。〕