JPH03224255A - 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、光透過率および低応力性に優れた封止樹脂
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〕

発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光半導体素子の対土用樹
脂組成物としては、その硬化物が透明性を有することが
要求されており、一般に、ビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂または脂環式エポキシ樹脂と、硬化剤に酸無水物と
を用いて得られるものが汎用されている。

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。このような問題を解決するため、従来から、上記
内部応力を低下させる方法として、■ゴム粒子等の可撓
性付与剤を添加して樹脂組成物の弾性率を小さくする、
■シリカ粉末等の線膨張係数の小さい無機粉末を添加し
て封止樹脂の線膨張係数を小さくするという方法が提案
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■の可撓性付与剤および■の無機粉
末を添加するという方法は、内部応力を低下させること
はできても得られる封止樹脂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致命的な欠点
を有している。

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（、しかも光透過性に優れた光半導体装置
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装置は
、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ことを第１の要旨
とし、 （Ａ）透明性エポキシ樹脂。

（Ｂ）１分子中に少なくとも１個のアミノ基を有する分
子量５００〜７０００のオルガノポリシロキサン。

（Ｃ）酸無水物系硬化剤。

（Ｄ）硬化触媒。

下記の（Ａ’）、（Ｃ）、（Ｃ）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ことを第
２の要旨とする。

（Ａ’　）１分子中に少なくとも１個のアミノ基を有す
る分子量５００〜７０００のオ ルガノポリシロキサンによって変性さ れた透明性エポキシ樹脂。

（Ｃ）　　酸無水物系硬化剤。

（Ｄ）　　硬化触媒。

〔作用〕

すなわち、本発明者らは、内部応力が小さ（、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、主成分のエポキシ樹脂とオルガ
ノポリシロキサンを併用するか、主成分のエポキシ樹脂
としてオルガノポリシロキサンで変性された特殊なエポ
キシ樹脂を用いると、エポキシ樹脂等の樹脂成分からな
る「海」と、シリコーン化合物からなる「島」とを備え
た海−島構造が形成され内部応力の低減に効果的である
ことを見出した。そして、上記オルガノポリシロキサン
を中心に、さらに研究を重ねた。その結果、一般に、オ
ルガノポリシロキサンとエポキシ樹脂とは相溶性が低く
、両者を併用するか、もしくはオルガノポリシロキサン
でオルガノポリシロキサンでエポキシ樹脂を変性すると
、オルガノポリシロキサンとエポキシ樹脂が互いに相分
離を生起し、エポキシ樹脂組成物硬化体中にオルガノポ
リシロキサンの島成分（ドメイン）が生じる。そのため
、発光素子から発する光の進行がドメインに遮断され、
エポキシ樹脂組成物硬化体の光透過率が著しく低下する
ことを突き止めた。また、これと同時に、オルガノポリ
シロキサンからなるドメインの大きさはオルガノポリシ
ロキサンの分子量が小さいほど小さくなること、ドメイ
ンが充分に小さい場合はその硬化物の良好な光透過率が
維持されることを突き止めた。本発明者らは、この知見
にもとづき、さらに研究を重ねた結果、上記エポキシ樹
脂との併用ないしはエポキシ樹脂の変性には、エポキシ
基との反応性のより高いアミノ基を有するオルガノポリ
シロキサンを用いることが好適であり、ドメインとの関
係等の見地から、そのようなオルガノポリシロキサンと
して分子量が５００〜７０００のものを用いることが好
ましいこと、そしてこのオルガノポリシロキサンとエポ
キシ樹脂とを併用するか、上記オルガノポリシロキサン
でエポキシ樹脂を変性し、これを酸無水物系硬化剤で硬
化すると、透明で弾性率の低い低応力め封止樹脂が得ら
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、特定のオルガノポリシロキサン
（Ｂ成分）と、酸無水物系硬化剤（Ｃ成分）と、硬化触
媒（Ｄ成分）とを用いて得られるものないし、■上記特
定のオルガノポリシロキサンによって変性された透明性
エポキシ樹脂（Ａ’酸成分と、酸無水物系硬化剤（Ｃ成
分）と、硬化触媒（Ｄ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。ただし、エポキシ樹脂組
成物を粉末状化またはタブレット状化するには、一般に
、上記透明エポキシ樹脂（Ａ成分）を上記特定のオルガ
ノポリシロキサン（Ｂ成分）で予め変性しておくことが
行われる。

上記透明性エポキシ樹脂（Ａ成分）としては、得られる
硬化物の透明性という観点からビスフェノールＡ型エポ
キシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂があげられる。これら透
明性エポキシ樹脂は単独でもしくは併せて用いられる。

場合により、これらエポキシ樹脂変性物と、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
のエボキシ樹脂を用いる場合、その使用割合は、全エポ
キシ樹脂９５０重量％（以下「％」と略す）以内に設定
するのが好ましい。そして、この発明に用いられるエポ
キシ樹脂としては、一般に、エポキシ当量１００〜１０
００．軟化点１２０°Ｃ以下のものを用いるのが好まし
い。

上記特定のオルガノポリシロキサン（Ｂ成分）としては
、１分子中に少なくとも１個のアミノ基を有する分子量
５００〜７０００のオルガノポリシロキサンがあげられ
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、これらは、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。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およびジフェニルポリ
シロキサン等があげられ、特に下記の一般式（１）で表
されるものを用いるのが好適である。

（以下余白） Ｈ３ １ ３ Ｈ３ Ｈ３ Ｚ ４ ＦＩ３ そして、上記式（１）中、Ｈｌ　＋　ｎ　＝　３〜４０
のものを用いるのが特に好ましい。また、上記一般式（
１）で表されるオルガノポリシロキサンにおいて、なか
でも下記の式（ｎ）で表されるものを用いるのが特に好
適である。

上記式（ｎ）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。またはブロック的に結合して
いる場合もある。また、式中のＲ゛としては、−船釣に
−Ｃ）ｌｚＧＨｚＧＨｚ−があげられる。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
であることが必要である。特に好ましいのは５００〜３
０００である。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、エポキシ樹脂の変性時また
はエポキシ樹脂の硬化時に層分離を生起し、この層分離
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
りシリコー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ー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。逆
に、分子量が５００未満だと、エポキシ樹脂中にシリコ
ーン化合物が溶解してしまい、海−島構造を形成しなく
なるため、やはり内部応力の低減効果が得られなくなる
からである。さらに、上記一般式（Ｉ）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。

上記オルガノポリシロキサンの使用量（単に混合する場
合および上記透明性エポキシ樹脂を変性する場合の双方
を含む）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ず、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
脂が不透明となってしまうからである。

上記のオルガノポリシロキサンによって変性された透明
性エポキシ樹脂（Ａ’酸成分は、上記≠Ｂ酸成分上記Ａ
成分を予め変性したものであり、その変性時における上
記Ｂ成分の使用量等は、上記に準じて設定される。

上記酸無水物系硬化剤（Ｃ成分）としては、分子量１４
０〜２００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。上記酸無水物系硬化剤の配合量は、上記透明性エ
ポキシ樹脂（Ａ成分）あるいは変性されたエポキシ樹脂
（Ａ’酸成分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。

上記硬化触媒（Ｄ成分）としては、第三級アミン、イミ
ダゾール化合物、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。

なお、この発明に用いるエポキシ樹脂組成物には、上記
成分原料以外に必要に応じて染料、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。

この発明に用いる上記エポキシ樹脂組成物は、■上記オ
ルガノポリシロキサン（Ｂ成分）と透明性エポキシ樹脂
（Ａ成分）とを単に配合したものと、■上記Ｂ成分とエ
ポキシ樹脂とを予め反応させて変性物（Ａ’酸成分をつ
くり、これを配合した２種類のものがある。このうち、
上記■のタイプのものは、例えば上記各成分を適宜配合
し、常温で混合することにより製造することができる。

このタイプのエポキシ樹脂組成物は、通常、液状である
。また、■タイプのものは、例えば、まず透明性エポキ
シ樹脂（Ａ成分）と上記特定のオルガノポリシロキサン
（Ｂ成分）とを有機溶媒に均一溶解し温度１５０°Ｃで
混合して反応させることにより変性エポキシ樹脂（Ａ’
酸成分を作製する。そして、上記有機溶媒を揮散除去し
た後、これに酸無水物系硬化剤、硬化触媒および添加剤
を配合して溶融混合したのち、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
ることもできる。

なお、■のタイプのエポキシ樹脂組成物の製造に際して
、透明性エポキシ樹脂（Ａ成分）と特定のオルガノポリ
シロキサン（Ｂ成分）とを予め反応させて変性する際に
用いる有機溶媒としては、特に制限するものではなく、
例えばトルエン、キシレン等の炭化水素系有機溶媒、ジ
クロロメタン１．１．１−１−リクロルエタン、１，１
．２−トリクロルエタン等のハロゲン化炭化水素系有機
溶媒、ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフ
ラン等のエーテル系有機溶媒、アセトン。

メチルエチルケトン、ジエチルケトン等のケトン系有機
溶媒およびこれらの混合溶液等があげられる。また、上
記製法において有機溶媒を除去する方法としては、常温
あるいは必要に応じて加熱し減圧することにより除去す
る方法、真空凍結乾燥法により除去する方法等があげら
れるが、特に限定するものではない。

このような■、■のタイプの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顧性を備えている。こ
れは、エポキシ樹脂と特定のオルガノポリシロキサンと
を組み合わせて配合するか、エポキシ樹脂を特定のオル
ガノポリシロキサンで変性することにより、海成分であ
るエポキシ樹脂中に島成分のオルガノポリシロキサンが
微細に分布するようになり、海−島構造が安定かつ均一
に形成されるためと考えられる。

（発明の効果） 以上のように、この発明の光半導体装置は、透明性エポ
キシ樹脂と、特定のオルガノポリシロキサンを含む特殊
な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、発光素子の輝度劣化の抑制等のなさ
れた信顧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〕 有機溶媒（キシレン）中に、エポキシ当量１８５のビス
フェノールＡ型エポキシ樹脂１００部と分子量１６８０
の両末端アミノ変性ポリジメチルシロキサン２０部とを
配合混合し、１３０°Ｃで熱処理したのち、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ールＡ型エ
ポキシ樹脂を作製した。この変性ビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂１２０部に４−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部を配合し常温混合を行う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。

〔実施例２〕 分子量１６８０の両末端アミノ変性ポリジメチルシロキ
サンの代わりに分子量３０００のポリジメチルシロキサ
ンを用いた。それ以外は実施例１と同様にして目的とす
る光半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。

〔実施例３〕 分子量１６８００両末端アミノ変性ポリジメチルシロキ
サンの代わりに分子量６６００の両末端アミノ変性メチ
ルフェニルポリシロキサン（メチル基／フェニル基＝３
／１）を用いた。それ以外は実施例１と同様にして目的
とする光半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。

〔実施例４〕 分子量１６８０の両末端アミノ変性ポリジメチルシロキ
サンの代わりに分子量５００の両末端アミノ変性ポリジ
メチルシロキサンを用いた。それ以外は実施例１と同様
にして目的とする光半導体封止用エポキシ樹脂組成物を
得た。

〔実施例５〕 分子量１６８０の両末端アミノ変性ポリジメチルシロキ
サンの代わりに分子量７０００の両末端アミノ変性ポリ
ジメチルシロキサンを用いた。それ以外は実施例１と同
様にして目的とする光半導体封止用エポキシ樹脂組成物
を得た。

〔実施例６〕 実施例１で用いたビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１０
０部に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部および分
子量１６８０の両末端アミノ変性ポリジメチルシロキサ
ン２０部を配合し、常温で混合を行うことにより目的と
する光半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。

〔実施例７〕 分子量１６８０の両末端アミノ変性ポリジメチルシロキ
サンの代わりに分子量３０００の両末端アミノ変性ポリ
ジメチルシロキサンを用いた。それ以外は実施例６と同
様にして目的とする光半導体封止用エポキシ樹脂組成物
を得た。

〔実施例８〕 分子量１６８０の両末端アミノ変性ポリジメチルシロキ
サンの代わりに分子量６６００の両末端アミノ変性メチ
ルフェニルポリシロキサン（メチル基／フェニル基＝３
／１）を用いた。それ以外は実施例６と同様にして目的
とする光半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。

〔実施例９〕 分子量１６８０の両末端アミノ変性ポリジメチルシロキ
サンの代わりに分子量５００の両末端アミノ変性ポリジ
メチルシロキサンを用いた。それ以外は実施例６と同様
にして目的とする光半導体封止用エポキシ樹脂組成物を
得た。

〔実施例１０） 分子量１６８０の両末端アミノ変性ポリジメチルシロキ
サンの代わりに分子量７０００の両末端アミノ変性ポリ
ジメチルシロキサンを用いた。それ以外は実施例６と同
様にして目的とする光半導体封止用エポキシ樹脂組成物
を得た。

〔比較例〕

オルガノポリシロキサンを用いなかった。それ以外は実
施例６と同様にして目的とする光半導体封止用エポキシ
樹脂組成物を得た。

上記のようにして得られた実施例１〜１０および比較例
の各エポキシ樹脂組成物を用いて、これを１２０℃で硬
化させ硬化物を作製してところ透明な硬化物を得ること
ができた。そして、この硬化物の光透過率および曲げ弾
性率を下記の表に示した。なお、上記光透過率および曲
げ弾性率はつぎのようにして測定した。

（光透過率） 厚み１閣の硬化物を準備し、分光光度計により波長６０
０ｎｉ＋の透過率を測定した。

（曲げ弾性率） 厚み４＋＋ｕｎ、幅１０ｍｍ、長さ８０鵬の硬化物を作
製し、支点間距離６４ｍｍで３点曲げ試験法により測定
した。

上記の結果から、実施例の硬化物は、光透過率がシリコ
ーン化合物を添加していない比較例の硬化物と殆ど変わ
らず高い透過率を有しており、しかも曲げ弾性率が比較
例の硬化物よりも低下している。このことから、実施例
により得られたエポキシ樹脂組成物は光透過率および低
応力性に優れていることがわかる。また、上記実施例で
得られたエポキシ樹脂組成物を用いて光半導体素子を注
型により樹脂封止することにより光半導体装置を作製し
た。その結果、この光半導体装置は、内部応力が低減化
され高い信顛性を備えたものであった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）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してなる光半導体
   装置。 （Ａ）透明性エポキシ樹脂。 （Ｂ）１分子中に少なくとも１個のアミノ基を有する分
   子量５００〜７０００のオルガ ノポリシロキサン。 （Ｃ）酸無水物系硬化剤。 （Ｄ）硬化触媒。 （２）上記オルガノポリシロキサンの配合割合が、上記
   透明性エポキシ樹脂１００重量部に対して、オルガノポ
   リシロキサン５〜４０重量部の範囲に設定されている請
   求項（１）記載の光半導体装置。 （３）下記の（Ａ’）、（Ｃ）および（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し
   てなる光半導体装置。 （Ａ’）１分子中に少なくとも１個のアミノ基を有する
   分子量５００〜７０００のオ ルガノポリシロキサンによつて変性さ れた透明性エポキシ樹脂。 （Ｃ）酸無水物系硬化剤。 （Ｄ）硬化触媒。 （４）上記変性された透明性エポキシ樹脂が、透明性エ
   ポキシ樹脂１００重量部に対して、オルガノポリシロキ
   サンを５〜４０重量部反応させて得られるものである請
   求項（３）記載の光半導体装置。 （５）上記透明性エポキシ樹脂が、ビスフェノールＡ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）〜（４）のいずれか一項に記載の
   光半導体装置。 （６）上記オルガノポリシロキサンが、下記の一般式（
   I ）で表されるものである請求項（１）〜（５）のい
   ずれか一項に記載の光半導体装置。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ I ） 〔上記一般式（ I ）において、Ｒ＿１およびＲ＿２は
   炭素数２以下のアルキル基、Ｒ＿３およびＲ＿４は炭素
   数２以下のアルキル基またはフェニル基であり、Ｒ’は
   炭化水素残基である。そして、ｍおよびｎは整数であり
   、ｍ＋ｎ＝３〜９０である。〕（７）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）透明性エポキシ樹脂。 （Ｂ）１分子中に少なくとも１個のアミノ基を有する分
   子量５００〜７０００のオルガ ノポリシロキサン。 （Ｃ）酸無水物系硬化剤。 （Ｄ）硬化触媒。 （８）上記オルガノポリシロキサンの配合割合が、上記
   透明性エポキシ樹脂１００重量部に対して、オルガノポ
   リシロキサン５〜４０重量部の範囲に設定されている請
   求項（７）記載の光半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 （９）下記の（Ａ’）、（Ｃ）および（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’）１分子中に少なくとも１個のアミノ基を有する
   分子量５００〜７０００のオ ルガノポリシロキサンによつて変性さ れた透明性エポキシ樹脂。 （Ｃ）酸無水物系硬化剤。 （Ｄ）硬化触媒。 （１０）上記変性された透明性エポキシ樹脂が、透明性
   エポキシ樹脂１００重量部に対して、オルガノポリシロ
   キサンを５〜４０重量部反応させて得られるものである
   請求項（９）記載の光半導体封止用エポキシ樹脂組成物
   。 （１１）上記透明性エポキシ樹脂が、ビスフェノールＡ
   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（７）〜（１０）のいずれか一項に記
   載の光半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 （１２）上記オルガノポリシロキサンが、下記の一般式
   （Ｉ）で表されるものである請求項（７）〜（１１）の
   いずれか一項に記載の光半導体封止用エポキシ樹脂組成
   物。 （余白） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ I ） 〔上記一般式（ I ）において、Ｒ＿１およびＲ＿２は
   炭素数２以下のアルキル基、Ｒ＿３およびＲ＿４は炭素
   数２以下のアルキル基またはフェニル基であり、Ｒ’は
   炭化水素残基である、そして、ｍおよびｎは整数であり
   、ｍ＋ｎ＝３〜９０である。〕