JPH04142070A

JPH04142070A - 光半導体装置

Info

Publication number: JPH04142070A
Application number: JP2264856A
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: 1990-10-01
Filing date: 1990-10-01
Publication date: 1992-05-15
Anticipated expiration: 2013-09-10
Also published as: JP2796187B2

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、上記エポキシ樹脂組成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
硬化温度から室温に冷却するときの冷却収縮により、エ
ポキシ樹脂組成物と光半導体素子の接着界面において、
エポキシ樹脂組成物と光半導体素子との線膨張係数の差
に起因する歪みが生じ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じる。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２薗
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、高輝度ダイオード（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）〜（Ｄ）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）クラックの無い球状シリカ粉末。

〔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、まずシリカ粉末として破砕状の
ものを用いてみたが、得られた硬化体は光透過性が低か
った。そこで、上記光透過性が低いのは、破砕状シリカ
粉末に形成されるクラックに原因があり、このクラック
が光を乱反射させるためではないかと想起し、乱反射を
防止し光透過性を高めるために、さらに研究を重ねた。

その結果、クラックの無い球状シリカ粉末を用い、さら
に上記特殊な球状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、特殊な球状シリカ粉末（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。

上記透明性エポキシ樹脂（Ａ成分）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１ａ相当
で、６００ｎｍの波長の光透過率が８０〜１００％をい
う（分光光度計により測定）。

上記透明性エポキシ樹脂（Ａ成分）とともに用いられる
酸無水物系硬化剤（Ｂ成分）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
。上記酸無水物系硬化剤の配合量は、上記透明性エポキ
シ樹脂１００重量部（以下「部」と略す）に対して５０
〜２００部の範囲に設定することが好ましい。

上記透明性エポキシ樹脂（Ａ成分）、酸無水物硬化剤（
Ｂ成分）とともに用いられる硬化触媒（Ｃ成分）として
は、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、上記特殊な球状シリカ粉末（Ｄ成分）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（特殊な球状シリカ粉末）の屈折率を調節す
る方法。

■　上記■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成分（酸無水物硬化剤）、Ｃ成分（硬化触媒）ととも
に用いられる特殊な球状シリカ粉末（Ｄ成分）としては
、溶融性のものが用いられ、好ましくは球状シリカ粉末
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、球状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１．４６　）を調節し
てエポキシ樹脂の屈折率（通常約１．５４　”）に近似
させるのが一般的である。

そして、このような球状シリカ粉末としては、クラック
の無いものを用いる必要がある。すなわち、破砕状シリ
カ粉末では、そのなかに製造時の破砕工程で生じたクラ
ックが多（存在し、そのクラックが原因で光の散乱が生
じてしまい、たとえ上記のようにエポキシ樹脂組成物と
シリカ粉末の屈折率を近似させても満足のいく光透過率
が得られないからである。また、シリカ粉末の粒子形状
が球状であることは、光半導体素子に損傷を与えないた
めにも好ましい。このようなりラックの無い球状シリカ
粉末は、例えばつぎのようにして作製される。すなわち
、破砕状シリカをその融点付近まで加熱し、粒子を破砕
状から球状に変化させると同時に、クラックを融着によ
り消失させることによって作製される。あるいは、アル
コキシシランを、水を含む溶媒中で重合させる（ゾル・
ゲル法）ことによって作製される。

このような球状シリカ粉末としては、特に限定するもの
ではないが、通常、平均粒径１〜６０μｍのものを用い
るのが好ましい。ただし、前記透明性エポキシ樹脂（Ａ
成分）が液状の場合は、配合時にシリカ粉末の沈澱が生
じるため、平均粒径が３μｍ以下のものを用いるのが好
ましい。平均粒径が３μｍ以下であると、エポキシ樹脂
組成物の粘度が高くなり、成形性の低下が懸念されるが
、この点に関しては、エポキシ樹脂とシリカ粉末の混合
時に加熱する等の工夫をすることで回避することができ
る。さらに、特殊な球状シリカ粉末の含有量（Ｄ成分）
は、エポキシ樹脂組成物全体の１０〜７０％の範囲に設
定するのが好適である。

また、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）とともにシランカップリング剤を用いてもよ
い。上記シランカップリング剤を用いることにより、エ
ポキシ樹脂と上記球状シリカ粉末（Ｄ成分）の密着性が
高くなり、硬化物の透明性を向上させることができる。

このような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−（３４−エポキシ
シクロヘキシル）エチルトリノトキシシラン、Ｔ−グリ
シドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキ
シプロビ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−Ｔ
−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−アミノ
エチル−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、
Ｔ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル
−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等があげられ
る。上記シランカップリング剤の使用量は、球状シリカ
粉末（Ｄ成分）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−Ｄ成分以外に、必要に応じて染料。

変性剤、変色防止剤、老化防止剤、離型剤１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（球状シリカ粉末）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、上記屈折率はアツベ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−Ｄ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。

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、クラックの無い球状シリカ粉末を配合することに
より光の散乱が抑制され、しかも樹脂成分の硬化体と球
状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、クラックの
ない球状シリカ粉末を含み、しかも球状シリカ粉末と樹
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］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６５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（液状樹脂）３５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１．５２８である）に、屈折
率が１．５２８で、平均粒径２．５μｍのクラックの無
い球状シリカ粉末（金属酸化物が混入されている）９０
部添加混合したものを１２０’Ｃで熱硬化させて球状シ
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＋ｒ＋ｍで８１％という高い値
であった。

〔実施例２〕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７７部、下記の構造式で表されるエポキ
シ当量２４０のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（液状
樹脂）２３部、Ｆ３４−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１．５３４である）に、屈折
率が１．５３４で、平均粒径が２．５μｍのクラックの
無い球状シリカ粉末（金属酸化物が混入されている）を
９０部添加混合したものを１２０°Ｃで熱硬化させて球
状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胴で８０％という高い値で
あった。

〔実施例３〕エポキシ当量６５０のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
（固形樹脂）を８０部、トリグリシジルイソシアネート
２０部、テトラヒドロ無水フタル酸５０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、５６１である）に、屈折率が
１．５６１で、平均粒径が２５μｍのクラックの無い球
状シリカ粉末（金属酸化物が混入されている）を１１０
部添加し溶融混合を行い、冷却固化後、粉砕して粉末状
エポキシ樹脂組成物を得た。この組成物をトランスファ
ー成形で１５０°Ｃで熱硬化させ、球状シリカ粉末含有
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８０％という高い値であった。

〔実施例４〕屈折率が１．５２８で、平均粒径２．５μｍのクラック
の無い球状シリカ粉末（金属酸化物が混入されている）
を４６６部用いた。それ以外は実施例１と同様にして球
状シリカ含有エポキシ樹脂組成物硬化体を得た。この硬
化物の光透過率は厚み４詩で８０％という高い値であっ
た。

［実施例５］屈折率が１．５３４で、平均粒径２．５μｍのクラック
の無い球状シリカ粉末（金属酸化物が混入されている）
を２３部用いた。それ以外は実施例２と同様にして球状
シリカ含有エポキシ樹脂組成物硬化体を得た。この硬化
物の光透過率は厚み４鵬で８２％という高い値であった
。

〔実施例６］エポキシ当量６５０のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
（固形樹脂）を８０部、トリグリシジルイソシアネート
２０部、テトラヒドロ無水フタル酸５０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１．５６１である）に、屈折率が
１．５６１で、平均粒径が７０μｍのクラックの無い球
状シリカ粉末（金属酸化物が混入されている）を１１０
部添加し溶融混合を行い、冷却固化後、粉砕して粉末状
エポキシ樹脂組成物を得た。この組成物をトランスファ
ー成形で１５０°Ｃで熱硬化させ、球状シリカ粉末含有
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８３％という高い値であった。

［比較例１］エポキシ当量６５０のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
（固形樹脂）を８０部、トリグリシジルイソシアネート
２０部、テトラヒドロ無水フタル酸５０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、５６１である）に、屈折率１
．５６１で、平均粒径が２５μｍのクラックの形成され
た破砕状シリカ粉末を１１０部添加し溶融混合を行い、
冷却固化後、粉砕して粉末状エポキシ樹脂組成物を得た
。この組成物をトランスファー成形で１５０°Ｃでで熱
硬化させ、エポキシ樹脂組成物硬化体を得た。上記エポ
キシ樹脂組成物硬化体と破砕状シリカ粉末の屈折率を一
致させたのにもかかわらず、得られた硬化体の光透過率
は厚み４肛で５０％であった。

（比較例２〕シリカ粉末を用いず、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１００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部を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２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、上記光半導体袋ｆｉ　（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５［ｌｌｆｆ１のパイロットランプ。

評価素子：ＧａＡｓ、０．５ｍｍＸ０．５ｍ。

評価条件ニー３０°ｃｍ置で２０ｍＡ通電の１０００時
間後の輝度劣化率を測定した。

上記表の結果から、実施例品は比較例品に比べて輝度劣
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。

特許出願人　　日東電工株式会社代理人　弁理士　西　藤　征　彦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）下記の（Ａ）〜（Ｄ）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）クラックの無い球状シリカ粉末。
（２）（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）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）下記の（Ａ）〜（Ｄ）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）クラックの無い球状シリカ粉末。