JPH03201470A

JPH03201470A - 光半導体装置

Info

Publication number: JPH03201470A
Application number: JP1340099A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Aoki; 豊青木; Shuji Nishimori; 修次西森
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1989-12-28
Publication date: 1991-09-03
Anticipated expiration: 2013-12-16
Also published as: JP2837478B2

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、光透過率および低応力性の双方に優れた封
止樹脂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。

（従来の技術〕ＬＥＤ　（発光ダイオード）等の光半導体素子を封止す
る際に用いられる封止用樹脂組成物としては、その硬化
物が透明性を有することが要求され一般に、ビスフェノ
ールＡ型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等のエポキ
シ樹脂と、硬化剤に酸無水物とを用いて得られるエポキ
シ樹脂組成物が汎用されている。

しかし、上記エポキシ樹脂ｍ酸物を封止樹脂として用い
ると、エポキシ樹脂組成物の硬化時の硬化収縮、または
エポキシ樹脂と光半導体素子との線膨張係数の差に起因
する歪みにより内部応力が発生する。その結果、光半導
体素子が劣化し、例えば、光半導体素子が発光素子の場
合、その輝度が低下するという問題が生しる。このため
、従来から、上記内部応力を低減させる方法として、シ
リカ粉末等の線膨張係数の小さい無機粉末を添加してエ
ポキシ樹脂組成物の線膨張係数を小さくし光半導体素子
のそれに近似させる方法が提案され一部で実行されてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記方法は、エポキシ樹脂組成物の光透
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。これに対し、上記
欠点を解決するために、樹脂成分とシリカ粉末の屈折率
の差を小さくする方法が提案され実行されている（特開
昭４９−２３８４７号）が、単に樹脂成分とシリカ粉末
の屈折率の差を小さくするだけでは、例えば、厚み２Ｍ
のエポキシ樹脂組成物硬化体の光透過率は７０％程度で
あり、高輝度ＬＥＤ等の高性能光半導体素子の封止用樹
脂組成物としては不充分であり、より光透過率の高い、
しかも低応力性に優れた光半導体封止用樹脂組成物が切
望されている。

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装置
に関するものである。

〔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装置は
、下記の（Ａ）〜（Ｅ）成分を含み、（Ｄ）成分のシリ
カ粉末の屈折率と、（Ａ）〜（Ｃ）成分からなるエポキ
シ樹脂硬化体の屈折率との差が±０．０１の範囲に設定
されているエポキシ樹脂組成物を用いて光半導体素子を
封止するという構成をとる。

（Ａ　透明性エポキシ樹脂。

（Ｂ　酸無水物系硬化剤。

（Ｃ硬化触媒。

（Ｄ　シリカ粉末。

（Ｅ　シランカップリング剤。

（作用〕すなわち、本発明者らは、内部応力が小さく、しかも光
透過性に優れた封止樹脂を得るために一連の研究を重ね
た。その研究の過程で、上記光透過性が低いのは、樹脂
成分とシリカ粉末との界面の密着性が低いのではないか
と想起し、この密着性を高めるために、さらに研究を重
ねた。その結果、シランカップリング剤を配合しシリカ
粉末を表面処理することにより樹脂成分とシリカ粉末の
界面の密着性を向上させ、シリカ粉末の屈折率をエポキ
シ樹脂硬化体のそれに近似させると、透明で内部応力の
低減された封止樹脂が得られることを見出しこの発明に
到達した。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、透明性エポキ
シ樹脂（Ａ成分）と、酸無水物系硬化剤（Ｂ成分）と、
硬化触媒（Ｃ成分）と、シリカ粉末（Ｄ成分）と、シラ
ンカップリング剤（Ｅ成分）とを用いて得られるもので
あって、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。

上記Ａ成分（透明性エポキシ樹脂）としては、ビスフェ
ノール型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂が透明性を
有するために好ましいが、場合により他のエポキシ樹脂
を併用してもよい。そして、上記他のエポキシ樹脂を用
いる場合、その使用割合は、通常、エポキシ樹脂全体の
５０重量％（以下「％」と略す）以下に設定するのが好
適である。このようなエポキシ樹脂としては、一般に、
エポキシ当量１００〜１０００．軟化点１２０″Ｃ以下
のものが用いられる。なお、上記透明性エポキシ樹脂の
透明性とは、着色透明の場合をも含み、厚み１閣相当で
、６００ｎｍの波長の光透過率が８０〜１０「魯いう（
分光光度計により測定）。ｌ上記Ａ成分（透明性エポキ
シ樹脂）とともに用いられるＢ成分（酸無水物系硬化剤
）としては、分子量１４０〜２００程度のものが好まし
く用いられ、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。メチルへ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等の無色ないし淡
黄色の酸無水物があげられる。上記Ｂ成分（酸無水物系
硬化剤）の配合量は、上記Ａ成分（透明性エポキシ樹脂
）１００重量部（以下「部」と略す）に対して５０〜２
００部の範囲に設定することが好ましい。

上記Ａ成分（透明性エポキシ樹脂）、Ｂ成分（酸無水物
硬化剤）とともに用いられるＣ成分（硬化触媒）として
は、第三級アミン、イミダゾール化合物および有機金属
錯塩等があげられる。

なお、上記り成分（シリカ粉末）と、上記Ａ〜Ｃ成分か
らなるエポキシ樹脂組成物硬化体の屈折率との差を±０
．０１の範囲に設定する方法としては、下記の■〜■の
方法があげられる。

■　上記Ａ−Ｃ成分からなるエポキシ樹脂組成物硬化体
のみの屈折率を調節する方法（例えば、Ａ成分の種類の
選択、Ａ成分の２種類以上の併用あるいはＢ成分の種類
の選択、Ｂ成分の２種類以上の併用等）。

■　Ｄ成分（シリカ粉末）の屈折率を調節する方法。

■　上記のおよび■を併用する方法。

そして、上記Ａ成分（透明性エポキシ樹脂）。

Ｂ＄、分（酸無水物硬化剤）、Ｃ成分（硬化触媒）とと
もに用いられるＤ成分（シリカ粉末）としては、溶融性
のものが用いられ、好ましくはシリカ粉末自体の屈折率
を上記■の方法にしたがい調節されたものがあげられる
。具体的には、シリカ粉末に微量の酸化鉛、酸化チタン
等の金属酸化物を混入することによりシリカ粉末自体の
屈折率（通常約１．４０　）を調節してエポキシ樹脂の
屈折率（通常約１．５０　）に近似させるのが一般的で
ある。

このようなシリカ粉末としては、平均粒径３〜６０μｍ
のものを用いるのが好ましい。すなわち、平均粒径が３
μｍ未満であると粘度が高くなりエポキシ樹脂組成物の
成形性が劣化し、６０μｍを超えると光半導体素子に損
傷を与える可能性が高くなるからである。さらに、シリ
カ粉末の含有量は、エポキシ樹脂組成物全体の１０〜７
０％の範囲に設定するのが好適である。

上記Ａ成分（透明性エポキシ樹脂）、Ｂ成分（酸無水物
硬化剤）、Ｃ成分（硬化触媒）およびＤ成分（シリカ粉
末）とともに用いられるＥｒｙ、分（シランカップリン
グ剤）としては、エポキシ基またはアミノ基を有するも
のが好ましく、具体的には、エポキシ基を有するものと
して、β−（３゜４−エポキシシクロヘキシル）エチル
トリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロビルトリメ
トキシシラン、Ｔ−グリシドキシプロピルメチルジェト
キシシラン等があげられ、アミノ基を有するものとして
は、Ｎ−β−アミノエチル−γ−アミノプロピルトリメ
トキシシラン、Ｎ−β−アミノエチル−Ｔ−アミノプロ
ピルメチルジメトキシシラン、Ｔ−アくノプロピルトリ
エトキシシラン、Ｎフェニル−γ−ア≧ノプロピルトリ
メトキシシラン等があげられる。上記Ｅｄ分（シランカ
ップリング剤）の使用量は、Ｄ成分（シリカ粉末）に対
して０．５〜３％の範囲内に設定するのが好適である。

なお、この発明に用いるエポキシ樹脂組成物には、上記
Ａ−Ｅ戒分塩分以外必要に応じて染料。

変性剤、変色防止剤、老化防止剤、離型剤２反応性ない
し非反応性の希釈剤等の従来公知の添加剤を適宜配合す
ることができる。

そして、この発明に用いるエポキシ樹脂組成物として、
上記Ａ成分、Ｂ成分およびＣ成分からなるエポキシ樹脂
硬化体の屈折率と、上記り成分（シリカ粉末の屈折率と
の差が、±０．０１以内のものを用いる必要がある。な
お、上記屈折率はアツヘ屈折計を用いて測定される。

この発明に用いる上記エポキシ樹脂組成物は、例えばつ
ぎのようにして製造することができる。

すなわち、上記Ａ−Ｅ成分および従来公知の添加剤を配
合して溶融混合したのち、これを室温に冷却して公知の
手段により粉砕し必要に応じて打錠することにより製造
することができる。また、上記エポキシ樹脂組成物が液
状物の場合は、上記各成分を混合するのみでよい。なお
、上記製法において、各成分を混合するまえに、予めシ
ランカップリング剤を用いてシリカ粉末表面を表面処理
するのが光透過性および低応力性の向上の観点から効果
的である。この場合の表面処理方法としては、例えばメ
タノール中で、シランカップリング剤とシリカ粉末を均
一に混合し脱溶媒した後、約１００°Ｃで約２時間熱処
理する方法があげられる。

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
め封止は、特に限定するものではなく、通常のトランス
ファー成形、注型等の公知のモールド方法により行うこ
とができる。

このようにして得られる光半導体装置は、透明性に優れ
、内部応力が極めて小さく高い信頼性を備えている。こ
れは、シランカップリング剤を配合することによりシリ
カ粉末の表面処理がなされ、樹脂成分とシリカ粉末の界
面の密着性が向上し、しかも樹脂成分の硬化体とシリカ
粉末の屈折率の差が非常に小さいからであると考えられ
る。

［発明の効果］以上のように、この発明の光半導体装置は、シリカ粉末
、シランカップリング剤を含み、しかもシリカ粉末と樹
脂成分の硬化体との屈折率の差が特定の範囲内であるエ
ポキシ樹脂組成物を用いて光半導体素子を樹脂封止して
構成されているため、その封止樹脂が光透過性に優れ、
しかも内部応力が小さく、例えば発光素子の輝度劣化の
抑制等のなされた信頼性の極めて高いものである。

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〕屈折率が１．５３６で、平均粒径２５μｍのシリカ粉末
（金属酸化物が混入されている）１００部に、シランカ
ップリング剤としてＴ−グリシドキシプロピルトリメト
キシシランを上記シリカ粉末に対して１部添加したもの
を、メタノール中で均一に混合し脱溶媒した後、約１０
０°Ｃで約２時間熱処理することにより表面処理シリカ
粉末を得た。

つき゛に、エポキシ当量１８５のビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂（液状樹脂）を８２部、下記の構造式で表さ
れるエポキシ当Ｗ２５２の脂環式エポキシ樹脂（液状樹
脂）１２部、ＯりｔＬＣＨ２０Ｃ−工圧し０１４−メチルへキサヒドロ無水フタル酸１００部、２−エ
チル−４−メチルイミダゾール０．４部（上記配合樹脂
組成物の硬化体の屈折率は１．５３６である）に、上記
表面処理シリカ粉末を９０部添加混合したものを１２０
　’Ｃで熱硬化させシリカ粉末含有エポキシ樹脂組酸物
硬化体を得た。この硬化体の光透過率は厚み４ｍｍで８
０％という高い値であった。

（実施例２〕屈折率が１．５１０で、平均粒径２５μｍのシリカ粉末
（金属酸化物が混入されている）１００部にらシランカ
ップリング剤としてβ−（３，４エポキシシクロヘキシ
ル）エチルトリメトキシシランを上記シリカ粉末に対し
て１部添加したものを、メタノール中で均一に混合し脱
溶媒した後、約１００　’Ｃで約２時間熱処理すること
により表面処理シリカ粉末を得た。

つぎに、エポキシ当量１８５のビスフェノールＡ型エポ
キシ樹脂（液状樹脂）を１７部、下記の構造式で表され
るエポキシ当量２５２の脂環式エポキシ樹脂８３部、４−メチルへキサヒドロ無水フタル酸ｌ００部、２−エ
チル−４−メチルイミダゾール０．４部（上記配合樹脂
組成物の硬化体の屈折率は１．５１０である）に、上記
表面処理シリカ粉末を９０部添加混合したものを１２０
°Ｃで熱硬化させシリカ粉末含有エポキシ樹脂組成物硬
化体を得た。この硬化体の光透過率は厚み４ｍｍで８５
％という高い値であった。

（実施例３〕屈折率が１．５３１で、平均粒径２０μｍのシリカ粉末
（金属酸化物が混入されている）１００部に、シランカ
ップリング剤としてＴ−アミノプロピルトリエトキシシ
ランを上記シリカ粉末に対して１部添加したものを、メ
タノール中で均一に混合し脱溶媒した後、約１００°Ｃ
で約２時間熱処理することにより表面処理シリカ粉末を
得た。

つぎに、エポキシ当量１８５のビスフェノールＡ型エポ
キシ樹脂を６７部、エポキシ当量２４０のビスフェノー
ルＡＦ型エポキシ樹脂（液状樹脂）を３３部、４−メチ
ルへキサヒドロ無水フタル酸１００部、２−エチル−４
−メチルイミダゾール０．４部（上記配合樹脂組成物の
硬化体の屈折率は１．５３６である）に、上記表面処理
シリカ粉末を９０部添加混合したものを１２０　’Ｃで
熱硬化させシリカ粉末含有エポキシ樹脂組成物硬化体を
得た。この硬化体の光透過率は厚み４肋で８０％という
高い値であった。

［比較例１］シランカップリング剤によるシリカ粉末の表面処理を行
わなかった。それ以外は実施例１と同様にしてシリカ粉
末含有エポキシ樹脂組成物硬化体を得た。この硬化体の
光透過率は厚み４ｍｍで約５０％であった。

〔比較例２］シランカップリング剤によるシリカ粉末の表面処理を行
わなかった。それ以外は実施例２と同様にしてシリカ粉
末含有エポキシ樹脂組成物硬化体を得た。この硬化体の
光透過率は厚み４Ｍで約５０％であった。

（比較例３］シランカップリング剤によるシリカ粉末の表面処理を行
わなかった。それ以外は実施例２と同様にしてシリカ粉
末含有エポキシ樹脂組成物硬化体を得た。この硬化体の
光透過率は厚み４ｍｍで約５０％であった。

〔実施例４〕表面処理シリカ粉末の配合量を９０部から２００部に変
えた。それ以外は実施例１と同様にしてシリカ粉末含有
エポキシ樹脂組成物硬化体を得た。この硬化体の光透過
率は厚み４ｍｍで約７０％であった。

［実施例５〕表面処理シリカ粉末の配合量を９０部から６０部に変え
た。それ以外は実施例２と同様にしてシリカ粉末含有エ
ポキシ樹脂組成物硬化体を得た。

この硬化体の光透過率は厚み４鵬で約８５％であった。

〔実施例６〕表面処理シリカ粉末の配合量を９０部から３７０部に変
えた。それ以外は実施例３と同様にしてシリカ粉末含有
エポキシ樹脂組成物硬化体を得た。この硬化体の光透過
率は厚み４　ｍｍで約７０％であった。

〔比較例４］シリカ粉末を用いずに、ビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂（液状樹脂）１００部、４−メチルへキサフルヒドロ
無水フタル酸１００部、２−エチル−４−メチルイミダ
ゾール０．４部を用いて添加混合してエポキシ樹脂組成
物を得た。

つぎに、上記実施例１〜６および比較例４で得られたエ
ポキシ樹脂組成物を用いて発光ダイオードを注型により
樹脂封止して光半導体装置を作製した。そして、この光
半導体装置の通電輝度劣化を測定した。その結果を下記
の表に示す。なお、上記通電輝度劣化の測定方法は、つ
ぎのようにして行った。すなわち、上記光半導体装置（
ＬＥＤデバイス）に定電流を流し、輝度として電流印加
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
。

パッケージ：直径５ｍｍのパイロットランプ。

評価素子：　ＧａＡｓ、０．５ｍｍＸ０．５ｍｍ。

評価条件：　−３０”Ｃ放置で２０ｍＡ通電の１０００
時間後の輝度劣化率を測定した。

（以下余白）上記表の結果から、実施測高は比較別品に比べて輝度劣
化が抑制され、光透過性とともに低応力性も向上してい
ることがわかる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）下記の（Ａ）〜（Ｅ）成分を含み、（Ｄ）成分の
シリカ粉末の屈折率と、（Ａ）〜（Ｃ）成分からなるエ
ポキシ樹脂硬化体の屈折率との差が±０．０１の範囲に
設定されている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。（Ａ）透明性エポキシ樹脂。（Ｂ）酸無水物系硬化剤。（Ｃ）硬化触媒。（Ｄ）シリカ粉末。（Ｅ）シランカップリング剤。
（２）（Ｅ）成分のシランカップリング剤が、エポキシ
基またはアミノ基を有するものである請求項（１）記載
の光半導体装置。
（３）（Ｄ）成分のシリカ粉末の含有量が、エポキシ樹
脂組成物全体の１０〜７０重量％である請求項（１）ま
たは（２）記載の光半導体装置。
（４）（Ａ）成分の透明性エポキシ樹脂が、ビスフェノ
ール型エポキシ樹脂および脂環式エポキシ樹脂の少なく
とも一方である請求項（１）ないし（３）のいずれか一
項に記載の光半導体装置。
（５）（Ｄ）成分のシリカ粉末が、平均粒径３〜６０μ
ｍの範囲のものである請求項（１）ないし（４）のいず
れか一項に記載の光半導体装置。
（６）下記の（Ａ）〜（Ｅ）成分を含み、（Ｄ）成分の
シリカ粉末の屈折率と、（Ａ）〜（Ｃ）成分からなるエ
ポキシ樹脂硬化体の屈折率との差が±０．０１の範囲に
設定されている光半導体封止用エポキシ樹脂組成物。（Ａ）透明性エポキシ樹脂。（Ｂ）酸無水物系硬化剤。（Ｃ）硬化触媒。（Ｄ）シリカ粉末。（Ｅ）シランカップリング剤。