JPS6362363A - 光半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、フォ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、フォトダイ
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っ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張係数の相違により、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。したがっ
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っ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ルガノポリシロキサン
によっ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化酸無水物を形
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っ
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っ
て無色ないし極く淡色の透明なものが好ましい。例えば
、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ
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、タレゾールノボラック型エポキ
シ樹脂、含複素環エポキシ樹脂、水添ビスフェノール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（Ｉ）で表される上記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、フェニル、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、
ビニル基およびフェニル基である。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、−ＣＨ！５ＣＨ１Ｃ
Ｈ２ＯＨ。

（ＣＨｚ）ｓｓｃｌｈｃＨｚＯＨ、（ＣＨｚ）Ｃ←ＯＨ
、−ｃｕｔｓＣ）ＩｚＣＨＪ（ＣＨｔＣＨｚＯＨ）ｇ　
　基等のようなイオウ、窒素を含むものであってもよい
、そして、上記式（Ｉ）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、繰返し数すはＯ０１〜２．
０であり、上記すが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
、逆に繰返し数すが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（ｎ）で表
されるものが使用される。

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、　ＣＨｚＣＨｚ　　、−ＣＨｚｃＨｚｃ
Ｈ２−等が例示され、Ｒ’　、Ｒ″としては、メチル基
、フェ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、メチルへ
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、ピロメリッ
ト酸二無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水
物、無水トリメリット酸ならびにトリメリット酸無水物
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、上記再化合物を水酸基／
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
明もしくは微温状である。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
、また場合によっ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
合することによって得られる。そして、光半導体素子の
封止はポツテング等によって行うことができ、それによ
っ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
性水酸基含有オルガノポリシロキサンによって部分的に
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って封止されて
いるため、内部応力に起因する半導体素子特性の低下が
生じていす極めて信韻性が高い。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〕 メチルへ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 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。この混合によって溶液
が白濁した。つぎに、これを１００℃で１時間加熱混合
した結果、透明な液状物となった。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１１
３３．２０℃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った。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っていた。

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＝２５ｍＡ、２０℃、１５０時間）を測定し
たところ、輝度の低下はみられなかった。

〔実施例２〕 メチルへ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ポリ
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っていた。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った。

〔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、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
（エポキシ当量１８８．２０℃における粘度２２０ボイ
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った。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、輝度の低下はみられなかった。

〔実施例４〕 メチルへ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ェノール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っていた。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った。

〔比較例１〕 実施例３で用いたと同様のビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂１００部とメチルへ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った。そして、この白濁液１４
０部にメチルへ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った。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。

（以下余白） 本スチールリング法、２５℃の（ＩＦ、単位ｋｇ／ｃｄ
上記の表から明らかなように、実施測高によれば内部応
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 (3)

【特許請求の範囲】
1. （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. （２）酸無水物系硬化剤が、下記の示性式（ I ）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。 Ｒ＾１ａＲ＾２ｂＳｉＯ｛４−ａ−ｂ｝／２・・・・・
   ・（ I ）〔式（ I ）において、Ｒ＾１はＲ＾２を除く
   置換もしくは非置換の１価の炭化水素基、Ｒ＾２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. （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（II）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。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・・・・（II） 〔式（II）において、Ｒは２価の炭化水素基、Ｒ＾１、
   Ｒ＾２は１価の炭化水素基、ｎは０〜２０の整数である
   。〕