JPH0665473A - 光機能素子封止樹脂用充填材及びそれを用いた樹脂組成物 - Google Patents

光機能素子封止樹脂用充填材及びそれを用いた樹脂組成物

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JPH0665473A
JPH0665473A JP22032992A JP22032992A JPH0665473A JP H0665473 A JPH0665473 A JP H0665473A JP 22032992 A JP22032992 A JP 22032992A JP 22032992 A JP22032992 A JP 22032992A JP H0665473 A JPH0665473 A JP H0665473A
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JP
Japan
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filler
resin
functional element
epoxy resin
resin composition
Prior art date
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Pending
Application number
JP22032992A
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English (en)
Inventor
Taku Kawasaki
卓 川崎
Masaaki Obata
正明 小畑
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Denka Co Ltd
Original Assignee
Denki Kagaku Kogyo KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高透過性かつ低熱応力性であり、光機能素子
封止用樹脂組成物に適した充填材の提供。 【構成】 SiO2 、CaO及びAl23 を主成分と
してなり、屈折率が1.50以上のガラス粒子からなる
ことを特徴とする光機能素子封止樹脂用充填材。及び透
明エポキシ樹脂、エポキシ樹脂の硬化剤及び上記充填材
を含有してなることを特徴とする光機能素子封止用樹脂
組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光機能素子封止樹脂用
充填材及びそれを用いた樹脂組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、発光ダイオード(LED)、レー
ザーダイオード(LD)、フォトダイオード等の光機能
素子は、GaAs、InPを初めとする化合物半導体に
より構成されており、機械的、熱的、電気的衝撃や雰囲
気変化に対して非常に敏感であるため、容易に損傷して
しまう欠点がある。これを解決するために、透明エポキ
シ樹脂等の樹脂で素子を封止することが行われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年、LEDは、自動
車用ハイマウントストップランプや各種の表示板等とし
て屋外で使用されており、輝度の増大にともなう発熱量
の増加や、外気温の変化など、従来よりも温度差の大き
い熱的に厳しい環境下で使用されつつある。このため、
透明エポキシ樹脂単味による封止では、温度差による大
きな熱応力が生じてしまい、断線等素子の損傷が生じや
すくなっている。そこで、透明エポキシ樹脂に、熱膨張
率が小さく、屈折率が1.53以上のシリカ−チタニア
ガラスを配合し、熱応力を緩和し光の透過率を低下させ
ないようにすることの提案がある(特開平3−2323
70号公報)。
【0004】しかしながら、シリカ−チタニアガラス
は、近紫外域にTiO2 に由来する吸収帯が存在するた
め、淡黄色に着色しており、このため特に青色系統の短
波長光の透過率が低くなる。また、通常のガラス同様の
溶融法でそれを製造すると、高温下でTi4+よりも低価
数のTi3+の安定性が増し、冷却後もこのTi3+が一部
残留するためにガラスが青色に着色しやすいという問題
がある。それを防止するには、ゾル−ゲル法など比較的
低温の製造プロセスの適用が有効であるが、金属アルコ
キシド等の高価な原料が必要となり、製造コストが著し
く高くなる問題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解消するものであって、SiO2 、CaO及びAl2
3 を主成分としてなり、屈折率が1.50以上のガラス
粒子からなることを特徴とする光機能素子封止樹脂用充
填材、及び透明エポキシ樹脂、透明エポキシ樹脂の硬化
剤及び上記充填材を含有してなることを特徴とする光機
能素子封止樹脂組成物である。
【0006】以下、さらに詳しく本発明について説明す
ると、まず、本発明の充填材はガラス質であるというこ
とである。結晶質であると、屈折率に異方性が生じてエ
ポキシ樹脂との屈折率と一致させることができなくな
り、光の透過率が低下してしまう。ここで、「ガラス
質」とは、X線回折分析で回折線が認められないことを
いう。
【0007】本発明の充填材の主要構成成分は、二酸化
珪素(SiO2 )、酸化カルシウム(CaO)及び酸化
アルミニウム(Al23 )である。SiO2 はガラス
の骨格を形成する成分、CaOはガラス化範囲を広げ結
晶質の生成を抑える成分、Al23 はガラスの屈折率
を増大させ透明エポキシ樹脂のそれと一致させる成分で
ある。本発明の充填材の主要成分を上記3成分とするこ
とにより、比較的容易に結晶質生成の抑制や高屈折率化
が可能となる。しかも、これらの原料は入手が容易であ
ることから製造コストが低くなる。
【0008】本発明においては、上記3成分からなるガ
ラスの屈折率は、1.50以上好ましくは1.53〜
1.65である。屈折率が1.50未満であるとエポキ
シ樹脂のそれと一致しなくなる。屈折率は、主にAl2
3 成分の割合によって調節することができ、その割合
が大きくなるほど屈折率が高くなる。
【0009】本発明の充填材の好ましい組成範囲は、図
1に示される曲線で囲まれた範囲内である。これ以外の
範囲にあっては、結晶質が含まれて屈折率に異方性が生
じたり屈折率が1.50未満となってしまう。なお、図
1において、点A〜点Kの化学組成(重量%)は表1の
とおりである。
【0010】
【表1】
【0011】本発明の充填材には、3成分の化学組成が
図1に示す範囲を保持するかぎり、酸化ほう素(B2
3 )及/又は酸化マグネシウム(MgO)を10重量%
まで含ませることができる。
【0012】本発明の充填材の最大粒径は、1mm以下
好ましくは0.1mm以下である。粒径が小さいほど注
型時に素子のボンディングワイヤ等を傷つけたり破損さ
せたりすることを少なくすることができるが、トランス
ファー成型時のゲート詰りを考慮した場合、最大粒径は
500μm以下好ましくは149μm以下特に74μm
以下である。
【0013】本発明の充填材の製造方法については、特
に制限はない。例えば、原料調合、溶融(ガラス化)、
粉砕、分級の各工程からなる一般的なガラス粉末の製造
方法を採用することができる。
【0014】原料としては、SiO2 供給源として珪
石、珪砂等、CaO供給源として石灰石、消石灰、生石
灰等、Al23 供給源としてアルミナ、水酸化アルミ
ニウム等、また、SiO2 とAl23 の同時供給源と
してカオリン、カイアナイト、ムライト等を用いること
ができる。さらには微量成分のB23 供給源としてほ
う酸等、MgO供給源としてドロマイト、マグネシア、
炭酸マグネシウム等を用いることができる。
【0015】これらの原料は、ガラス化後に目的の組成
が得られるように所定量計量し振動ミル等で混合する。
それを温度1400〜1800℃程度で加熱溶融後冷却
してガラス化し、得られたインゴットを粉砕して本発明
の充填材とする。
【0016】本発明の充填材の粒子形状は、破砕状、球
状、角取り状のいずれであってもよい。樹脂組成物の注
型時の流動性を改善したり、粉砕時に生じる粒子内部の
微小な亀裂をなくして光の散乱を防止し透過率をさらに
向上させるためには、球状が望ましい。
【0017】ここで、「球状」とは、表面に凹凸がな
く、粒子の投影図における(短径)/(長径)が0.8
以上であるものをいい、それは、上記破砕状充填材を酸
素ガスに分散させ、この酸素ガスとプロパン等の可燃ガ
スとにより形成させた火炎中で溶融・球状化し、捕集・
分級することによって得ることができる。
【0018】本発明の充填材が使用される樹脂として
は、ビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラ
ック型エポキシ樹脂、脂環型エポキシ樹脂、複素環型エ
ポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリ
シジルアミン型エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂
などのエポキシ樹脂が一般的であるが、中でも透明エポ
キシ樹脂が最適である。
【0019】エポキシ樹脂の硬化剤としては、フェノー
ルノボラック、クレゾールノボラック等のフェノール系
硬化剤、無水テトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロ
フタル酸、無水メチルヘキサヒドロフタル酸等の酸無水
物系硬化剤等をあげることができる。その使用量は、エ
ポキシ樹脂100重量部に対し10〜120重量部が好
ましい。
【0020】本発明の充填材の上記エポキシ樹脂組成物
中の含有率は、10〜97重量%好ましくは20〜90
重量%である。充填材の含有率が10重量%未満である
と、樹脂組成物の成形性は優れるが、熱応力が大きくな
り耐熱衝熱性や耐湿信頼性が低下する。一方、97重量
%を越えると、樹脂組成物の成形性が損われ、未充填部
やボイドが発生し、電気絶縁性や信頼性が損われる。
【0021】
【実施例】以下、実施例、比較例、参考例をあげてさら
に具体的に本発明を説明する。
【0022】実施例1〜5 比較例1〜3 表2〜3に示す原料の所定量を振動ミルで混合した後、
その約100グラムを白金ルツボにいれ、電気炉を用い
て、大気中、表2〜3に示す温度まで昇温し、その温度
で5時間保持した後室温まで放冷した。保持時間の5時
間は、原料の溶融、融液中の泡の消失、融液の均質化等
が充分行われる時間である。
【0023】取得物の外観観察を行ってからそれを振動
ミルで粉砕し、X線回折分析及び光源にナトリウムラン
プを用いた液浸法による波長589.29nmでの屈折
率(nD )を25℃で測定した。
【0024】さらに、珪素、カルシウム、アルミニウ
ム、ほう素及びマグネシウムをICP(高周波プラズマ
発光分光分析)法により、また、酸素を酸素/窒素同時
分析計(LECO社製商品名「TC−136」)を用い
て測定し、取得物の化学分析を行った。それらの結果を
表2〜3に示す。
【0025】実施例6 実施例3の粉砕物を分級し、最大粒径74μm、平均粒
径25μmのガラス粒子を得た。これを酸素ガスとプロ
パンガスとにより形成させた温度1900℃の火炎中に
供給した。火炎を通過したチャンバー下部における捕集
物を顕微鏡観察したところ、(短径)/(長径)が0.
9の球状粒子であった。
【0026】上記実施例1〜6及び比較例1〜3の取得
物を分級し、表2〜3に示す最大粒径と平均粒径を有す
る充填材とした。
【0027】次いで、上記充填材の性能を評価するた
め、透明液状エポキシ樹脂、エポキシ樹脂の硬化剤及び
硬化促進剤の種類と配合割合を種々変化させ、上記充填
材の屈折率との差が±0.001以下である樹脂原料組
成物を調合した。
【0028】なお、比較例1及び3については、その充
填材の屈折率に幅があるので、その平均値に対する差が
±0.001以下である樹脂原料組成物を調合した。ま
た、比較例2については、屈折率が小さすぎてその差が
±0.001以下である樹脂原料組成物を調合すること
ができないので、屈折率が1.50である樹脂原料組成
物を調合した。
【0029】上記樹脂原料組成物の屈折率(nD )は、
金型を用いて正三角柱のプリズム型を成型し、温度12
0℃で24時間保持して硬化させて得られたプリズムを
用い、最小偏角法により波長589.29nmにおける
屈折率(nD )を測定することによって求めた。
【0030】実施例3の配合例を示せば、透明液状エポ
キシ樹脂(油化シェルエポキシ社製商品名「エピコート
827」)50重量部、エポキシ樹脂の硬化剤(4−メ
チルヘキサヒドロ無水フタル酸)50重量部及び硬化促
進剤(2−エチル−4−メチルイミダゾール)0.5重
量部であり、この樹脂原料組成物の屈折率(nD )は
1.5428である。この樹脂原料組成物100重量部
に対して充填材100重量部混合して樹脂組成物とし
た。
【0031】上記樹脂組成物を金型に注型し、温度12
0℃で24時間保持して硬化させた後冷却・離型して厚
さ1mmの固形物を得た。この固形物の波長400n
m、600nm及び800nmにおける透過率を分光光
度計を用いて測定した。その結果をそれぞれT400 、T
600 及びT800 として表2〜3に示す。
【0032】参考例1 テトラエトキシシラン100重量部にエタノール30重
量部と1重量%塩酸水溶液8重量部を添加して充分に撹
拌した。これにテトラエチルオルトチタナート29重量
部を徐々に添加して原料溶液を調製した後、水35重量
部を加えて撹拌し、テトラエトキシシランとテトラエチ
ルオルトチタナートを加水分解・重縮合させてゾルを得
た。
【0033】これをガラス容器に入れ、容器の開口部を
アルミ箔で覆って密閉した後、80℃で2日間保持して
ゲル化、熟成を行って湿潤ゲル体を得た。その後、アル
ミ箔の覆いに直径約1mmの孔を数個あけ、80℃で5
日間保持した後、150℃まで4日間かけて徐々に昇温
し、150℃に達した後1日間保持して乾燥ゲル体を製
造した。
【0034】この乾燥ゲル体を室温から1050℃まで
20℃/時の割合で徐々に昇温し、1050℃に達して
から2時間保持後室温まで冷却した。取得物の特性を表
3に示す。それを粉砕・分級して最大粒径74μm、平
均粒径18μmのガラス粒子からなる充填材とした。そ
れを用いて実施例と同様にして樹脂組成物を製造し透過
率を測定した。その結果を表3に示す。
【0035】
【表2】
【0036】
【表3】
【0037】実施例7 実施例3で得られた樹脂組成物に、GaAlAs赤色L
ED素子を浸して注型法により成型した後、温度120
℃で24時間保持して硬化させ、100個のLED素子
を封止した。これらのLED素子の全てに対し、−50
〜100℃の急冷・急加熱を100回繰り返し行い、そ
の後通電して点灯させた。この時、点灯しなかった素子
の数を不良率(%)として測定したところ、0%であっ
た。
【0038】参考例2 実施例7において、封止材として充填材を含まない樹脂
原料組成物を用いたこと以外は同様にして不良率を求め
たところ、26%であった。
【0039】
【発明の効果】本発明の光機能素子封止樹脂用充填材を
使用した樹脂組成物は、高透過性かつ低熱応力性あるの
で、発光ダイオード(LED)、レーザーダイオード
(LD)、フォトダイオード等の光機能素子の損傷低減
効果が大きく、生産性向上に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の好適な充填材のSiO2 、CaO、
Al23 の組成範囲を示す三角図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 23/29 23/31 31/02 33/00 N 7514−4M H01S 3/18

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 SiO2 、CaO及びAl23 を主成
    分としてなり、屈折率が1.50以上のガラス粒子から
    なることを特徴とする光機能素子封止樹脂用充填材。
  2. 【請求項2】 透明エポキシ樹脂、エポキシ樹脂の硬化
    剤及び請求項1記載の充填材を含有してなることを特徴
    とする光機能素子封止樹脂組成物。
JP22032992A 1992-08-19 1992-08-19 光機能素子封止樹脂用充填材及びそれを用いた樹脂組成物 Pending JPH0665473A (ja)

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