JPH0725987A - 光半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内部応力が小さく、しかも光透過性に優れた
光半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびこれを用いて
封止された光半導体装置を提供する。 【構成】 オルガノポリシロキサンを用いた変性エポキ
シ樹脂、酸無水物系硬化剤、硬化触媒および粒子径が５
×１０^-3×〔（ｍ² ＋２）／（ｍ² −１）〕^2/3μｍ以
下の充填剤（ただし、ｍは充填剤の屈折率〔（Ａ）＋
（Ｂ）＋（Ｃ）〕の樹脂硬化体の屈折率との屈折率比を
表し、ｍは１．０００５より大きい、あるいは０．９９
９５より小さい値をとる。）を含有することを特徴とす
る光半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物およびこれを用いて光半導体素子を封止し
てなる光半導体装置に関するものである。そして本発明
により低応力性および透明性を兼ね備えた光半導体封止
用エポキシ樹脂組成物硬化体により光半導体素子が包被
されてなる光半導体装置が得られる。

【０００２】

【従来の技術】発光ダイオ−ド（ＬＥＤ）等の光半導体
素子の封止用樹脂組成物としては、その硬化体が透明性
を有することが要求されており、一般にビスフェノ−ル
Ａ型エポキシ樹脂または脂環式エポキシ樹脂等のエポキ
シ樹脂と酸無水物系硬化剤を用いて得られるものが汎用
されている。

【０００３】しかし、上記エポキシ樹脂組成物を用いた
場合、この樹脂組成物の硬化時の硬化収縮により内部応
力が発生し、それが原因で発光素子の輝度が低下すると
いう問題が生じる。

【０００４】このような問題点を解決するため、エポ
キシ樹脂をシリコ−ン変性し、弾性率を下げて内部応力
の低減をはかる。シリカ微粉末を添加し、封止樹脂組
成物の線膨張係数を小さくする方法が提案されている。

【０００５】しかしながら、上記のシリコ−ン変性で
は、弾性率は低下できても線膨張係数は逆に増加し、総
合的に大きい効果が得られ難いという欠点があった。ま
た、のシリカ微粉末の添加は、光透過率の低下を招
き、内部応力の低下を実現できても、得られる封止樹脂
組成物硬化体の光透過率が著しく低下するという光半導
体封止用樹脂組成物としては致命的な欠点を有してい
る。

【０００６】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、内部応力が小さく、しかも光透過性に優れた
光半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびこれを用いて
封止された光半導体装置の提供をその目的とする。

【課題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封止用エポキシ樹脂組成物は下
記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有することを特徴とする構
成をとる。 （Ａ）エポキシ樹脂とオルガノポリシロキサンとを反応
させて得られる変性エポキシ樹脂。 （Ｂ）酸無水物系硬化剤。 （Ｃ）硬化触媒。 （Ｄ）粒子径が５×１０^-3×〔（ｍ² ＋２）／（ｍ² −
１）〕^2/3 μｍ以下の充填剤（ただし、ｍは充填剤の屈
折率と〔（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）〕の樹脂硬化体の屈折
率との屈折率比を表し、ｍは１．０００５より大きい、
あるいは０．９９９５より小さい値をとる。）。

【０００７】すなわち本発明者らは、エポキシ樹脂とオ
ルガノポリシロキサンとを反応させて得られた変性エポ
キシ樹脂と粒子径が５×１０^-3×〔（ｍ² ＋２）／（ｍ
² −１）〕^2/3 μｍ以下の充填剤（ただし、ｍは充填剤
の屈折率と〔（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）〕の樹脂硬化体の
屈折率との屈折率比を表し、ｍは１．０００５より大き
い、あるいは０．９９９５より小さい値をとる。）を用
いることが、内部応力が小さく、および光透過性の双方
に優れた光半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られる
ことを見出した。

【０００８】上記（Ａ）成分の変性エポキシ樹脂として
は、一般的に分子量５００〜７０００の１分子中に少な
くとも１個のアミノ基を有するオルガノポリシロキサン
によって変性された変性ビスフェノ−ルＡ型エポキシ樹
脂および変性脂環式エポキシ樹脂の片方もしくは双方が
用いられる。このように、上記特定のオルガノポリシロ
キサンを用いると、エポキシ樹脂中のエポキシ基に対す
る反応性が高いため、副反応が生じず変性反応が良好に
進行し効果的である。

【０００９】上記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
ポリシロキサンおよびジフェニルポリシロキサン等が挙
げられ、特に下記の一般式〔化２〕で表されるものを用
いるのが好適である。

【化２】

【００１０】そして、上記〔化２〕中、ｍ＋ｎ＝３〜４
０のものを用いるのが特に好ましい。また、上記一般式
〔化２〕で表されるオルガノポリシロキサンにおいて、
なかでも下記の一般式〔化３〕で表されるものを用いる
のが好適である。

【化３】

【００１１】上記〔化１〕、〔化２〕および〔化３〕に
おいて、繰り返し単位数がｍの部分とｎの部分とは交互
に結合している場合もあり、ランダムに結合している場
合もある。またブロック的に結合している場合もある。
また、〔化３〕中のＲ₇ としては、一般的に−ＣＨ₂ Ｃ
Ｈ₂ ＣＨ₂ −が挙げられる。

【００１２】このようなオルガノポリシロキサンは、エ
ポキシ樹脂中のエポキシ基との反応性の良好なアミノ基
を１分子中に少なくとも１個有する必要があり、しかも
分子量が５００〜７０００であることが好ましい。特に
好ましいのは５００〜３０００である。

【００１３】すなわち、オルガノポリシロキサンの分子
量が７０００を超えると、変性時に相分離を生起し易
く、この相分離したものが残存して樹脂組成物中の配合
物が不均一となりシリコ−ン化合物が均一分散しなくな
る。その結果、内部応力の低減効果が得られにくくな
る。また、分子量が大きすぎるとシリコ−ン化合物の粒
子自体も大きくなりすぎ光が粒子に当たり光透過率が低
下してしまう。

【００１４】逆に、分子量が５００未満だと、エポキシ
樹脂中にシリコ−ン化合物が溶解してしまい、海−島構
造を形成しがたくなるため、やはり内部応力の低減効果
が得られにくくなるからである。さらに、上記〔化２〕
において、Ｒ₃ およびＲ₄ がともにフェニル基のオルガ
ノポリシロキサンを用いると、得られるエポキシ樹脂組
成物硬化体はより透明性に優れたものとなり一層効果的
である。

【００１５】また、場合により、これら変性エポキシ樹
脂と通常用いられる他のエポキシ樹脂を併用することも
できる。上記他のエポキシ樹脂を用いる場合、その使用
割合は、オルガノポリシロキサンを除く全エポキシ樹脂
中５０重量％（以下「％」と略す）以内に設定するのが
好ましい。ここで、他のエポキシ樹脂の使用割合とは
（他のエポキシ樹脂の重量）／〔（変性エポキシ樹脂の
エポキシ樹脂だけの重量）＋（他のエポキシ樹脂の重
量）〕×１００で表される。そして、この発明に用いら
れるエポキシ樹脂（ただし、変性エポキシ樹脂を除
く。）としては、一般にエポキシ当量１００〜１００
０、軟化点１２０℃以下のものを用いるのが好ましい。

【００１６】なお、上記オルガノポリシロキサンで上記
エポキシ樹脂を変性する場合、オルガノポリシロキサン
の使用量は、エポキシ樹脂１００重量部（以下「部」と
略す）に対して５〜４０部の範囲に設定することが好ま
しい。すなわち、オルガノポリシロキサンが５部未満で
は充分な低応力効果が得られ難く、逆に４０部を超える
とオルガノポリシロキサンのドメインが大きくなり封止
樹脂が不透明になる傾向があるからである。

【００１７】上記（Ｂ）成分の酸無水物系硬化剤として
は、分子量１４０〜２００程度のものを用いるのが好ま
しく、例えばヘキサヒドロ無水フタル酸、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および
メチルテトラヒドロ無水フタル酸等の無色ないし淡黄色
の酸無水物が挙げられる。酸無水物系硬化剤の配合量
は、変性エポキシ樹脂１００部に対して５０〜２００部
の範囲に設定することが好適である。

【００１８】上記（Ｃ）成分の硬化触媒としては、第三
級アミン、イミダゾ−ル化合物および有機金属錯塩等が
あげられ、単独でもしくは併せて用いられる。

【００１９】上記（Ｄ）成分である充填剤については、
微粒子充填系の光散乱に基づく透明性低下について検討
し、次の結果を得た。微粒子充填樹脂の光散乱強度Ｉは
次式〔数１〕で与えられる。

【数１】

【００２０】光の波長λは５５０ｎｍを中心波長とした
可視光４００〜７００ｎｍに限定されているので、
〔（ｍ² −１）／（ｍ² ＋２）〕² Ｄ³ を一定値以下に
抑えることで光散乱を小さくすることが可能になり、目
的の特に透明性の低下しないエポキシ樹脂組成物硬化体
を得ることができる。

【００２１】実験結果に基づき、〔（ｍ² −１）／（ｍ
² ＋２）〕² Ｄ³ の値を１．２×１０^-7以下にすること
により透明性を得る条件を得た。ここで、Ｄの単位はμ
ｍである。このときの樹脂硬化体の透明性は、着色透明
の場合も含み、分光光度系で測定し、硬化体厚さ４ｍｍ
で６００ｎｍの波長の光透過率が６０％以上、好ましく
は８０％以上をいう。

【００２２】透明性を得る条件を粒子径Ｄについて書き
直すと次式〔数２〕となる。

【数２】

【００２３】従って、上式〔数２〕から、どのような種
類の樹脂あるいは充填剤を用いても、充填剤の粒子径あ
るいはその屈折率と樹脂硬化体の屈折率が、Ｄ＜５×１
０^-3×〔（ｍ² ＋２）／（ｍ² −１）〕^2/3 μｍを満足
させることによって、光散乱が抑えられ、透明性を確保
することが可能である。

【００２４】（Ｄ）成分として用いる充填剤としては、
超微粒子すなわち粒子径１μｍ以下の領域に入る程度と
なる。本発明における充填剤と樹脂部の屈折率比を本発
明の制限内で適宜選ぶことによって透明性を確保した樹
脂硬化体を得ることができる。しかし、粒子径が１μｍ
以上になると、屈折率の制限範囲が極めて狭く厳しくな
り、すなわち樹脂硬化体の屈折率と充填剤の屈折率を非
常に近づけなければならない。また、充填剤の屈折率の
温度変化による影響も無視できなくなり、樹脂硬化体の
透明性を維持することが難しくなる。本発明において
は、屈折率はアツベ屈折率計を用いて２５℃で測定し
た。

【００２５】また充填剤の使用量は、エポキシ樹脂組成
物全体に対して１０〜８０重量％が好ましく、さらに好
ましくは２５〜７０重量％である。

【００２６】また充填剤としての超微粒子は、凝集し二
次粒子を形成しやすいので、それを防ぐため、適切な分
散剤として有機溶媒を用いることが好ましい。

【００２７】例えば、メタノ−ル、エタノ−ル、プロパ
ノ−ル、ブタノ−ル、キシレン、トルエン、ヘキサン、
エチレングリコ−ル、メチルエ−テル、メチルエチルエ
−テル、エチルエ−テル、プロピルエ−テル、テトラヒ
ドロフラン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムア
ミド、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノ
ン、ジオキサンおよびメチルイソブチルケトン等が挙げ
られる。これらは、単独でもしくは併せて用いられる。

【００２８】充填剤の材質としては、シリカ、酸化チタ
ン、酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウム等が用い
られる。

【００２９】なお、この発明における樹脂組成物には、
上記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）成分の他に必
要に応じて、変性剤、変色防止剤、老化防止剤、離型
剤、希釈剤等の従来公知の添加剤を適宜配合することが
でき、この樹脂組成物は、通常、液状、粉末状もしくは
この粉末を打錠したタブレット状になっている。

【００３０】上記エポキシ樹脂組成物は、例えば、次の
ように製造することができる。すなわち、上記各成分の
原料を適宜配合し、予備混合した後、混練機にて加熱下
のもとに混練して溶融混合する。そして、これを室温に
冷却した後、公知の手段によって、粉砕し、必要に応じ
て打錠するという一連の工程により製造することができ
る。ただし、シリカ粒子が超微粒子の場合、特願平４−
１１６８２２のようにあらかじめ有機溶媒にシリカ超微
粒子を分散させ、ついでこのシリカ超微粒子の分散液と
樹脂成分を混合させ、その後、脱溶媒するとよい。

【００３１】このような、エポキシ樹脂組成物を用いて
の、光半導体素子の封止は、特に限定するものでなく、
通常のトランスファ−成形、注型などの公知のモ−ルド
方法により行うことができる。

【００３２】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明を説明する。 実施例１、２および比較例１、２ 実施例１ 有機溶媒（キシレン）中にビスフェノ−ルＡ
型エポキシ樹脂（ＥＰ８２７、油化シェルエポキシ社
製）１００部と分子量１６８０のアミノ基を２つ持つポ
リジメチルシロキサン２０部とを配合し、１５０℃で熱
処理した後、上記有機溶媒を揮散除去することにより、
変性ビスフェノ−ルＡ型エポキシ樹脂を作製した。一方
粒子径が０．０１５μｍであるシリカ超微粒子をアルコ
−ルに分散させた後、このシリカ超微粒子の固形分２４
０部、上記変性ビスフェノ−ルＡ型エポキシ樹脂１２０
部、４−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸１００部、２
−エチル−４メチルイミダゾ−ル０．４部を配合、混合
することにより目的とする光半導体封止用エポキシ樹脂
組成物を得た。この時充填剤と樹脂硬化体の屈折率比ｍ
は２５℃において０．９８５であった。

【００３３】実施例２ 実施例１において分子量１６８
０のポリジメチルシロキサンの代わりに分子量３０００
のアミノ基を２つ持つポリメチルフェニルシロキサンを
用い、シリカ粒子の代わりに粒子径０．００８μｍの酸
化チタンを１８０部添加した系にて、光半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物を得た。この時充填剤と樹脂硬化体の
屈折率比ｍは２５℃において１．４２９であった。

【００３４】比較例１ 実施例１において、粒子径０．
１５μｍのシリカ粒子を用いた以外は同様にして光半導
体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。この樹脂組成物
は、光透過率が１０％以下となり不透明樹脂硬化体とな
った。この時充填剤と樹脂硬化体の屈折率比ｍは２５℃
において０．９８５であった。

【００３５】比較例２ 実施例１において、シリカ粒子
を添加しなかった以外は同様にして光半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物を得た。この硬化体の光透過率は８７％
であった。

【００３６】次に、実施例１、２および比較例２で得ら
れたエポキシ樹脂組成物を用いて、硬化温度１５０℃で
ＬＥＤを樹脂封止して光半導体装置を作製し、この光半
導体装置の高温での通電輝度劣化を測定した。その結果
を下記の〔表１〕に示す。なお、通電輝度劣化の測定
は、次のようにして行った。すなわち、光半導体装置
（ＬＥＤデバイス）に定電流を流し、輝度として電流印
加後５秒後の受光素子の出力電流値を求め劣化率を測定
した。測定条件は、評価素子０．５×０．５ｍｍのＧａ
Ａｓ、パッケ−ジとしては、直径５ｍｍのパイロットラ
ンプを用い、８０℃雰囲気下において、２０ｍＡ通電の
１０００時間後の輝度劣化率である。

【表１】 以上の結果から実施例１および２では、透明性も高く、
封止した発光素子の輝度劣化も大幅に抑制されているこ
とがわかる。また、比較例１では、透明性が極めて低い
ため光半導体封止樹脂としては使用できない。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明の光半導体封止用
エポキシ樹脂組成物は、オルガノポリシロキサンにより
エポキシ樹脂が変性されていること、および粒子径が５
×１０ ^-3×〔（ｍ² ＋２）／（ｍ² −１）〕^2/3 μｍ以
下の超微粒子を含んでいるため、内部応力が小さく、ま
た光透過率を低下させることなく、封止した光半導体装
置の輝度劣化を大きく抑制することができる。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 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 (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する光
   半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 （Ａ）エポキシ樹脂とオルガノポリシロキサンとを反応
   させて得られる変性エポキシ樹脂。 （Ｂ）酸無水物系硬化剤。 （Ｃ）硬化触媒。 （Ｄ）粒子径が５×１０^-3×〔（ｍ² ＋２）／（ｍ² −
   １）〕^2/3 μｍ以下の充填剤（ただし、ｍは充填剤の屈
   折率と〔（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）〕の樹脂硬化体の屈折
   率との屈折率比を表し、ｍは１．０００５より大きい、
   あるいは０．９９９５より小さい値をとる。）。
2. 【請求項２】 オルガノポリシロキサンがエポキシ基と
   反応性の官能基を有する分子量５００〜７０００のオル
   ガノポリシロキサンであり、エポキシ樹脂がビスフェノ
   −ルＡ型エポキシ樹脂もしくは脂環式エポキシ樹脂であ
   る請求項１記載の光半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 【請求項３】 オルガノポリシロキサンが下記の一般式
   〔化１〕で表される請求項１記載の光半導体封止用エポ
   キシ樹脂組成物。 【化１】
4. 【請求項４】 充填剤がシリカ粒子である請求項１〜４
   いづれか記載の光半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
5. 【請求項５】 請求項１〜５いづれか記載の光半導体封
   止用エポキシ樹脂組成物を用いて光半導体素子を封止し
   てなる光半導体装置。