JPH06279568A - エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた光半導体装置 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた光半導体装置

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JPH06279568A
JPH06279568A JP5069820A JP6982093A JPH06279568A JP H06279568 A JPH06279568 A JP H06279568A JP 5069820 A JP5069820 A JP 5069820A JP 6982093 A JP6982093 A JP 6982093A JP H06279568 A JPH06279568 A JP H06279568A
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JP
Japan
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epoxy resin
organopolysiloxane
resin composition
copolymer
polybutadiene
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JP5069820A
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English (en)
Inventor
Satoru Tsuchida
悟 土田
Masahiko Kosaka
正彦 小坂
Kozo Hirokawa
孝三 広川
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Showa Denko Materials Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 封止素子への応力が小さく、かつ透明性、耐
熱性、耐湿性に優れた光半導体装置を提供すること。 【構成】 (A)エポキシ樹脂、(B)酸無水物系硬化
剤、(C)硬化促進剤および(D)1分子中に少なくと
も1個のグリシジル基と反応する官能基を有する分子量
500〜5000のオルガノポリシロキサンとポリブタ
ジエンエポキシ化物との共重合体を必須成分とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は耐熱性、耐湿性、光透過
率及び低応力性に優れたエポキシ樹脂組成物及び該エポ
キシ樹脂組成物の硬化物により樹脂封止された光半導体
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】発光素子及び受光素子等の光半導体素子
の封止材料として、電気特性、耐熱性、耐湿性、透明性
等に優れるという観点から、一般に酸無水物硬化エポキ
シ樹脂が使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来か
ら用いられているエポキシ樹脂組成物は、硬化時に及び
冷却時に発生する内部応力が大きいため、発光素子の輝
度が通電によって著しく低下するという問題があった。
上記課題に対して、合成ゴム類やシリコーン化合物を併
用する方法が提案されている。例えば、特開昭62−1
28161号公報あるいは特開平3−224255号公
報に開示されているようなポリブタジエン樹脂やシリコ
ーン樹脂による変性によれば一応の低応力効果が認めら
れる。一方でポリブタジエン樹脂を用いた方法では、硬
化物の着色による光透過率の低下やポリブタジエンの耐
熱劣化が問題である。また、シリコーン樹脂を用いる方
法では、シリコーン透水性の影響から耐湿劣化を招いた
り、また樹脂と相溶性の低さによる光学ムラの発生、光
透過率の低下等やコストが高いことが問題である。本発
明は上記課題を解決するためになされたものであり、そ
の目的は封止素子への応力が小さく、かつ透明性、耐熱
性、耐湿性に優れた光半導体装置を提供することにあ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記の(A)
〜(D)成分を含有するエポキシ樹脂組成物を用いて光
半導体素子を封止する構成をとる。 (A)エポキシ樹脂 (B)酸無水物系硬化剤 (C)硬化促進剤および (D)1分子中に少なくとも1個のグリシジル基と反応
する官能基を有する分子量500〜5000のオルガノ
ポリシロキサンとポリブタジエンエポキシ化物との共重
合体。
【0005】本発明者らは上記の課題を解決すべく鋭意
研究を重ねる中で、オルガノポリシロキサンとポリブタ
ジエンエポキシ化物を共重合化し一体化することにより
各々の欠点を解消し、かつ各々の特長を活かした低応力
化材料が得られるのではないかと想起し、更にこの着想
に基づき種々の研究を進めた。その結果、特定のシリコ
ーン化合物とポリブタジエン系樹脂を共重合化すること
によって、透明性、耐熱性を損なうことなく、また線膨
張率を増大させずに弾性率を低下できることを見出し、
本発明に到達したのである。上記A成分となるエポキシ
樹脂としては、従来公知のもので着色の少ないものであ
れば特に制限されない。例えばビスフェノールA型エポ
キシ樹脂、水添ビスフェノール型エポキシ樹脂、脂環式
エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、
トリグリシジルイソシアヌレート等の含複素環エポキシ
樹脂等が挙げられ、単独もしくは併せて用いられる。
【0006】上記エポキシ樹脂と共に用いられるB成分
の酸無水物は、エポキシ樹脂の硬化剤として作用するも
ので、光学特性を確保するために脂環式酸無水物を主成
分とするものが好ましい、例えばテトラヒドロ無水フタ
ル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、3又は4メチルヘキ
サヒドロ無水フタル酸等が挙げられ、単独もしくは併せ
て使用される。酸無水物の使用量はエポキシ樹脂にま対
して0.7〜1.2当量となるように配合する必要があ
る。この範囲を越えた場合、反応が不十分となり硬化物
の物性が低下するためである。
【0007】本発明で用いるC成分の硬化促進剤は、エ
ポキシ樹脂と酸無水物の硬化反応を促進する作用を持
つ。この硬化促進剤としては、三級アミン類、イミダゾ
ール類、DBU及びその塩、四級アンモニウム塩、四級
ホスホニウム塩等が例示されるが、この量はエポキシ樹
脂と酸無水物の合計量(A+B)に対して0.05〜1
0%、より好ましくは0.1〜5%にすれば良い。
【0008】本発明で用いるD成分はオルガノポリシロ
キサンとポリブタジエンエポキシ化物との共重合体でる
ことが必須であり、単なる混合物では本発明の効果は得
られない。上記オルガノポリシロキサンとしては、1分
子中に少なくとも1個のグリシジル基と反応する官能基
を有する分子量500〜5000のオルガノポリシロキ
サンが挙げられる。官能基としては、アミノ基、グリシ
ジル基、水酸基、カルボキシル基が挙げられ、これらの
官能基はポリブタジエンエポキシ化物中のグリシジル基
と反応するため、本発明の目的である共重合体を得るこ
とができる。このような特定のオルガノポリシロキサン
としては例えばジメチルポリシロリキサン、メチルフェ
ニルポリシロキサン、ジフェニルポリシロキサン等が挙
げられ、特に下記一般式(1)で表されるものを用いる
のが好適である。
【0009】
【化3】
【0010】また、上記一般式(1)で表わされるオル
ガノポリシロキサンにおいて、特に下記一般式(1−
a)で表され、かつ屈折率が1.50(Nd:25℃)
以上のものを用いるのが好ましい。
【0011】
【化4】
【0012】本発明で用いるオルガノポリシロキサンの
分子量は500〜5000であることが必要である。即
ち分子量が500未満であると低応力効果が得られにく
くなり、しかも線膨張率が増大する傾向を示す。逆に分
子量が5000を越えるとポリブタジエンエポキシ化物
との反応性が低下し共重合体が濁るため透明性が低下し
たり、光学ムラが発生し易くなるからである。一方、共
重合成分であるポリブタジエンエポキシ化物としては、
種々のものが知られているが、特に下記一般式(2)で
表わされるものを用いると得られるエポキシ樹脂硬化体
がより透明性に優れたものになり一層効果的である。
【0013】
【化5】
【0014】また、オルガノポリシロキサンとポリブタ
ジエンエポキシ化物の共重合化比率としては、重量比で
オルガノポリシロキサン/ポリブタジエンエポキシ化物
=1/30〜3/1の範囲が好ましい。更に好ましくは
1/20〜1/1の範囲である。共重合化比率(重量
比)が1/30未満であると、内部応力低減効果が得ら
れにくくなり、逆に共重合化比率が3/1を越えると、
光学ムラの発生や透明性の低下をきたし、またコスト高
になるからである。
【0015】また、オルガノポリシロキサンとポリブタ
ジエンエポキシ化物との共重合反応は、温度50℃〜2
00℃、好ましくは80℃〜150℃、時間30分〜1
0時間、特に1時間〜5時間の条件で行うことが好まし
い。更にこの条件下で有機溶媒用いて反応させることが
より好ましい。即ち、リフラックスコンデンサ温度計、
撹拌器を具備したフラスコ中に所定量のオルガノポリシ
ロキサンとポリブタジエンエポキシ化物を入れ、アセ
ト、トルエン、キシレン等の有機溶媒と共に上記の反応
条件で共重合反応を進めることが望ましい。なお、オル
ガノポリシロキサンの官能基によって必要な触媒を所定
量添加するのが良い。例えば官能基がグリシジル基、水
酸基、カルボキシル基であればリン系触媒やフェノール
系触媒を配合すれば良いし、官能基がアミノ基であれば
触媒は不要である。
【0016】共重合反応終了後は、有機溶媒を減圧下に
て留去することにより目的とする共重合体(D)を得る
ことができる。上記のD成分の配合量は、エポキシ樹脂
と共重合体の合計量(A+D)に対して5〜50重量%
(以下「%」と略す)にすることが好適である。即ち、
D成分の共重合体の量が5%未満であると、得られる硬
化体に生じる応力を低減する効果が少なく、逆に共重合
体の量が50%を越えるとガラス転移温度の低下や光透
過率の低下を招くからである。また、本発明のエポキシ
樹脂組成物には、上記各成分以外に必要に応じて離型
剤、カップリング剤、着色剤、紫外線吸収剤、可視光吸
収剤、赤外線吸収剤、難燃剤、変性剤、充填材等の従来
公知の添加剤が用いられる。このようにして得られる光
半導体装置は、封止樹脂硬化体は透明であり熱による着
色や収縮が少ない。また、発光素子を封止した場合、素
子に加わる応力が小さく、特に低温通電において優れた
光出力特性を示す。
【0017】
【実施例】本発明を実施例により、更に詳細に説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。各種の特
性試験法を下記にまとめて示す。 (1)光透過率 分光光度計(日立製U−2000型)を使用し、厚さ2
mmの試料について600nmにおける光透過率を測定
した。 (2)曲げ弾性率 JIS K−6911に準じ、厚さ4mm、幅12m
m、長さ120mmの試料を作製し、支点間距離64m
m、荷重速度2mm/minで測定した。 (3)ガラス転移温度、線膨張係数 直径2mm、長さ20mmの試料について、TMA(理
学製PTC−10A型)を使用し、5℃/minで昇温
したときの試料の伸び率が急変する温度をガラス転移温
度とした。また、線膨張係数はTMAチャートより算出
した。 (4)輝度劣化率 発光素子(GaAsチップ)を樹脂封止した光半導体装
置を−25℃の雰囲気に1000時間の放置後50mA
の定電流を流し、輝度として電流印加5秒後の受光素子
の出力電流値を測定し、輝度劣化率を求めた。 (5)耐湿性 アルミ配線模擬素子を樹脂封止したパッケージを85℃
・85%の条件で1000時間放置後のアルミ配線断線
率を測定した。 (6)耐クラック性 アルミ配線模擬素子を樹脂封止したパッケージを−40
℃(30分)/125℃(30分)の条件で100サイ
クル冷熱衝撃後の樹脂クラック発生率を測定した。
【0018】共重合体製造例 リフラックスコンデンサ、温度計及び撹拌器を具備した
フラスコに表1に示すオルガノポリシロキサン、ポリブ
タジエンエポキシ化物、触媒、キシレン等を同表に示す
割合で入れ、温度80℃で1時間撹拌を行い、還流温度
にて3時間撹拌して反応させた後、キシレンを減圧下で
留去することにより表1に示す共重合体A、B、C、D
を得た。
【0019】
【表1】
【0020】実施例1〜4、比較例1 表2に従って各原料を配合し、80〜90℃の熱ロール
にて10〜15分間混練後、冷却粉砕し、目的とする微
粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。次にこれらの樹脂
組成物を各種試験用金型を用いて成形温度150℃でト
ランスファ成形(成形時間3分間)し、更に150℃で
4時間アフタキュアした。得られた各種成形品の特性結
果を表2に併せて示す。
【0021】
【表2】
【0022】上記の結果から共重合体を配合しない場合
(比較例)は硬化物の透明性、耐熱性は良好であるが、
弾性率が高く耐湿性、耐クラック性が悪い。これに対し
て本発明のエポキシ樹脂組成物は透明性、耐熱性が良
く、耐湿性、耐クラック性にも優れている。更に本発明
の組成物は比較例の組成物と比較して弾性率が大幅に低
下するにもかかわらず、線膨張率が増大しないことより
良好な低応力性を示すことが分かる。実際に本発明の組
成物で封止された光半導体装置は、低温通電試験におい
て優れた光出力特性を示す。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば封
止素子への応力が小さく、かつ透明性、耐熱性、耐湿性
に優れた光半導体装置の提供が可能となった。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年8月17日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正内容】
【0007】本発明で用いるD成分はオルガノポリシロ
キサンとポリブタジエンエポキシ化物との共重合体を主
成分とし、オルガノポリシロキサンとポリブタジエンエ
ポキシ化物が全て反応したものに限らず未反応原料を一
部含有しているものでもよい。また共重合化の際に2種
類以上の(例えばグリシジル基、アミノ基を各々含有す
る)オルガノポリシロキサンとポリブタジエンエポキシ
化物を用いて共重合物を製造してもよい。上記オルガノ
ポリシロキサンとしては、1分子中に少なくとも1個の
グリシジル基と反応する官能基を有する分子量500〜
5000のオルガノポリシロキサンが挙げられる。官能
基としては、アミノ基、グリシジル基、水酸基、カルボ
キシル基が挙げられ、これらの官能基はポリブタジエン
エポキシ化物中のグリシジル基と反応するため、本発明
の目的である共重合体を得ることができる。このような
特定のオルガノポリシロキサンとしては例えばジメチル
ポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン、ジフ
ェニルポリシロキサン等が挙げられ、特に下記一般式
(1)で表されるものを用いるのが好適である。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0016
【補正方法】変更
【補正内容】
【0016】
【実施例】本発明を実施例により、更に詳細に説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。各種の特
性試験法を下記にまとめて示す。 (1)光透過率 分光光度計(日立製U−2000型)を使用し、厚さ2
mmの試料について600nmにおける光透過率を測定
した。 (2)曲げ弾性率 JIS K−6911に準じ、厚さ4mm、幅12m
m、長さ120mmの試料を作製し、支点間距離64m
m、荷重速度2mm/minで測定した。 (3)ガラス転移温度、線膨張係数 直径2mm、長さ20mmの試料について、TMA(理
学製PTC−10A型)を使用し、5℃/minで昇温
したときの試料の伸び率が急変する温度をガラス転移温
度とした。また、線膨張係数はTMAチャートより算出
した。 (4)輝度劣化率 発光素子(GaAsチップ)を樹脂封止した光半導体装
置に50mAの定電流を流しながら−25℃の雰囲気に
1000時間放置した。その後、輝度として電流印加5
秒後の受光素子の出力電流値を測定し、輝度劣化率を求
めた。 (5)耐湿性 アルミ配線模擬素子を樹脂封止したパッケージを85℃
・85%の条件で1000時間放置後のアルミ配線断線
率を測定した。 (6)耐クラック性 アルミ配線模擬素子を樹脂封止したパッケージを−40
℃(30分)/125℃(30分)の条件で100サイ
クル冷熱衝撃後の樹脂クラック発生率を測定した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 23/31 33/00 N 7376−4M

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記(A)〜(D)成分を必須成分として
    含有してなるエポキシ樹脂組成物。 (A)エポキシ樹脂 (B)酸無水物系硬化剤 (C)硬化促進剤および (D)1分子中に少なくとも1個のグリシジル基と反応
    する官能基を有する分子量500〜5000のオルガノ
    ポリシロキサンとポリブタジエンエポキシ化物との共重
    合体
  2. 【請求項2】(D)成分のオルガノポリシロキサンが下
    記の一般式(1)で表されるものである請求項1に記載
    のエポキシ樹脂組成物。 【化1】
  3. 【請求項3】(D)成分のポリブタジエンエポキシ化物
    が下記の一般式(2)で表わされるものである請求項1
    または2に記載のエポキシ樹脂組成物。 【化2】
  4. 【請求項4】請求項1〜3記載のエポキシ樹脂組成物に
    より封止された光半導体装置。
JP5069820A 1993-03-29 1993-03-29 エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた光半導体装置 Pending JPH06279568A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002374005A (ja) * 2001-04-10 2002-12-26 Toshiba Corp 光半導体装置
JP2005243801A (ja) * 2004-02-25 2005-09-08 Toshiba Corp Led素子
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US8524841B2 (en) 2006-09-29 2013-09-03 Nippon Shokubai Co., Ltd. Curable resin composition, optical material, and method for controlling optical material
US9196800B2 (en) 1996-06-26 2015-11-24 Osram Gmbh Light-radiating semiconductor component with a luminescence conversion element

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