JP2004040031A - 表面実装型発光ダイオード - Google Patents
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Abstract
【課題】樹脂の硬化に伴う重量減少が少なく、信頼性を向上でき、樹脂表面形状の安定を図ることができる表面実装型発光ダイオードの提供。
【解決手段】カチオン硬化エポキシ樹脂を用いてチップおよびワイヤを封止して成ることを特徴とする表面実装型発光ダイオード。
【選択図】 図なし
【解決手段】カチオン硬化エポキシ樹脂を用いてチップおよびワイヤを封止して成ることを特徴とする表面実装型発光ダイオード。
【選択図】 図なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、短波長（青色、紫〜紫外）発光素子を用いた表面実装型発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の発光ダイオードとしては、現在、図１および図２に示す構造のものが市販されている。図１に示すものは、チップＬＥＤと呼ばれ、また図２に示すものは、白色チップＬＥＤと呼ばれており、いずれもリードフレーム１Ａ，１Ｂで保持されるプリント基板２Ａ，２Ｂ上に所望のチップ（素子）３Ａ，３Ｂを、Ａｕワイヤ４Ａ，４Ｂを介して載置し、之等のチップ３Ａ，３Ｂ、Ａｕワイヤ４Ａ，４Ｂを、図１のチップＬＥＤの場合は、透明エポキシ樹脂もしくはシリコーン樹脂５Ａにより、また図２の白色チップＬＥＤの場合は、蛍光体を分散させたエポキシ樹脂もしくはシリコーン樹脂５Ｂを被覆封止させて構成し、ランプハウス６Ａ，６Ｂ内にカップ状に設けて形成してある。
【０００３】
そして、これらの樹脂封止構成体５Ａ，５Ｂのうち、エポキシ樹脂の場合は、酸無水物硬化系であり、つぎの構造式で示すビスフェノールＡグリシジルエーテル（１１）もしくは脂環式エポキシ（１２）及びメチルヘキサヒドロ無水フタル酸（１３）を主成分としている。
【０００４】
【化１】
【０００５】
このようにＬＥＤ用エポキシ樹脂は、酸無水物硬化系が一般的である。そして砲弾型ＬＥＤのように厚みのあるレンズ成形や、樹脂基板上にトランスファー成形によってレンズを形成するような場合には酸無水物硬化が適している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、白色チップＬＥＤのように蛍光体を分散させた樹脂を薄く素子上面に形成するような場合、エポキシ樹脂の酸無水物硬化では酸無水物の蒸発が著しく、樹脂硬化後に樹脂部分の体積が大幅に減少する。
【０００７】
さらに、酸無水物の蒸発によって、樹脂の強度や耐熱性が設計値より低くなるため、樹脂クラック、変色が発生し、ＬＥＤとしての信頼性が大きく低下する。
【０００８】
こうした問題を解決するために、従来例で示したようにエポキシ樹脂の代わりにシリコーン樹脂を使用する方法もある。しかし、シリコーン樹脂はエポキシ樹脂と比較して屈折率が低く、素子との密着性が低いため、ＬＥＤ素子からの光取り出し効率が低下し、明るいＬＥＤを得るためには難点が多い。さらに、シリコーン樹脂はエポキシ樹脂と比較して強度が低く、表面に埃が付着しやすい問題がある。また、自動実装機を用いてＬＥＤを基板上に実装する場合、シリコーン樹脂が柔らかく、強度が低いため自動実装できる形状が限定されると言う問題もある。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とする処は、樹脂の硬化に伴う重量減少が少なく、信頼性を向上でき、樹脂表面形状の安定を図ることができる表面実装型発光ダイオードを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明においては、下記の（１）項ないし（４）項のいずれかに示す表面実装型発光ダイオードを提供することにより、前記目的を達成しようとするものである。
【００１１】
（１）カチオン硬化エポキシ樹脂を用いてチップおよびワイヤを封止して成ることを特徴とする表面実装型発光ダイオード。
【００１２】
（２）前記エポキシ樹脂の硬化剤が、ヘキサフルオロアンチモンイオンをカウンターアニオンとする芳香族オニウム塩および脂肪族オニウム塩のいずれかあるいは混合物であり、組成物１００重量部に対し、硬化剤が０．０５〜３．０重量部含有することを特徴とする前記（１）記載の表面実装型発光ダイオード。
【００１３】
（３）前記エポキシ樹脂は、水素添加ビスフェノールＡグリシジルエーテル、脂環式エポキシ、オキセタン誘導体のいずれかもしくはその混合物であることを特徴とする前記（１）記載の表面実装型発光ダイオード。
【００１４】
（４）前記エポキシ樹脂は、組成物１００重量部に対し、０．０１〜１．０重量部の酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤のいずれかもしくはその混合物を含むものであることを特徴とする前記（１）記載の表面実装型発光ダイオード。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、表面実装型発光ダイオードにおいて、従来用いられていた樹脂に代えて、カチオン硬化エポキシ樹脂を用いて封止したことを特徴とする。
【００１６】
すなわち、従来例を示す図１，図２の構成の発光ダイオードにあって、樹脂封止構成体である処の透明エポキシ樹脂もしくはシリコーン樹脂５Ａや蛍光体を分散させたエポキシ樹脂もしくはシリコーン樹脂５Ｂの樹脂素材に代えて、カチオン硬化エポキシ樹脂を用いたものであるので、之等従来例の図１，図２の構成をそのまま本発明の実施例の構成として利用する。
【００１７】
そして、エポキシ樹脂混合物としては、つぎの構造式を含めて、各種エポキシ樹脂混合物を用い、かつ熱／光によるカチオン重合によって硬化する系であることを特徴とする。
【００１８】
【化２】
【００１９】
また、酸化防止剤は、つぎの構造式で示すリン系酸化防止剤（２７）、フェノール系酸化防止剤（２８）などを用いることができる。
【００２０】
【化３】
【００２１】
さらに硬化触媒すなわち、カチオン重合触媒としては、つぎの構造式で示す脂肪族オニウム塩（２９），（３０）、芳香族オニウム塩（３１），（３２）などが適する。なお、これらの塩は、いずれもヘキサフルオロアンチモンイオン
がカウンターアニオンである。
【００２２】
【化４】
【００２３】
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
【００２４】
（実施例１）
まず、実施例１として、以下の成分及び条件で表面実装型発光ダイオードを製造した。
【００２５】
脂環式エポキシ（１２） ５０重量部
脂環式エポキシ（２２） ３５重量部
エチレングリコール １５重量部
酸化防止剤（２８） ０．５重量部
カチオン硬化触媒（２９） ０．１５重量部
硬化条件 ９０℃０．５時間＋１３０℃２時間
【００２６】
（実施例２）
次に、実施例２として、以下の成分及び条件で表面実装型発光ダイオードを製造した。
【００２７】
水素添加ビスフェノールＡグリシジルエーテル（２１） ９０重量部
脂環式エポキシ（１２） １０重量部
酸化防止剤（２８） ０．５重量部
カチオン硬化触媒（２９） ０．１５重量部
硬化条件 １００℃１時間＋１３０℃２時間
【００２８】
上記実施例（１），（２）におけるカチオン硬化触媒は、配合するエポキシ樹脂の種類と配合比を変化させることにより、組成樹脂１００重量部に対し、０．０５から３．０重量部までの範囲で配合量を可変できる。さらに実施例（１），（２）に示すエポキシ樹脂に代えて異なる種類のものをそれぞれ単独または複数混合して実施できることは勿論である。なお、前記カチオン硬化触媒の数値範囲については、下限値以下では濃度が低すぎて樹脂の硬化が起こらないし、また上限値を越えると樹脂が着色するなどの不都合が生じるために数値を限定してある。
【００２９】
また、上記実施例（１），（２）に配合される酸化防止剤０．５重量部に加えて、紫外線吸収剤，光安定剤などの添加物のいずれかの選択的な混合物としているが、その量は、樹脂組成物１００重量部に対して０．０１〜１．０重量部が好ましい。この数値限定は、下限値より小さいと配合の目的が達成されず、また上限値を越えると高濃度となり樹脂の特性（膨張度合い、強度など）が変化するためである。
【００３０】
（従来例および実施例の比較）
異なるエポキシ樹脂の酸無水物硬化及びカチオン硬化について、表面実装用チップＬＥＤリードフレームを使用し、カップ部分（深さ０．４ｍｍ、直径０．５ｍｍ）に樹脂注入し、硬化前後の重量変化を測定した結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】
以上の結果より、酸無水物硬化ではエポキシモノマー種類や配合比にかかわらず、酸無水物蒸発に起因する著しい重量減少が確認された。
【００３３】
さらに、一般的な酸無水物硬化のエポキシ樹脂では、ガラス転位点を境に樹脂の膨張係数が大きく変化し、このとき、ＬＥＤの金線切断などの問題が起こりやすいことから、ＬＥＤの使用環境よりもガラス転位点を高くする必要があり、樹脂に対して高いガラス転位点が求められていた。
【００３４】
しかし、カチオン硬化樹脂ではガラス転位点前後の膨張係数変化が小さく、温度変化を伴う環境下における断線不良が低減できる。
【００３５】
これに対し、従来の酸無水物硬化のエポキシ樹脂では、酸無水物の蒸発によって樹脂体積が大きく減少し、カップ部分に完全に注入しても、加熱硬化後大きく引けてしまうという問題があった。これは、形状の問題だけでなく、ＬＥＤの配光にも影響を及ぼす。
【００３６】
また、酸無水物が選択的に蒸発するため、樹脂硬化物中の酸無水物とエポキシとの比率が変化する。耐候性の低下，樹脂率の変化といった予測した樹脂性質が得られないだけでなく、ＬＥＤの信頼性も低下する。
【００３７】
しかし、この実施例のカチオン硬化樹脂では硬化後の体積収縮が低く、設計通りの配光を得ることが出来る。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、樹脂の硬化に伴う重量減少が少なく、信頼性を向上でき、樹脂表面形状の安定を図ることができる表面実装型発光ダイオードを提供することができる。
【００３９】
しかも、本発明は短波長（青色，紫から紫外）発光素子を用いたＬＥＤの封止樹脂を始め、これに蛍光体を用いた白色ＬＥＤ等の封止樹脂、さらには蛍光体分散材料などその用途は広範である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例のチップＬＥＤと呼ばれる発光ダイオードを示す断面拡大説明図
【図２】従来例の白色チップＬＥＤと呼ばれる発光ダイオードを示す断面拡大説明図
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ リードフレーム
２Ａ，２Ｂ プリント基板
３Ａ，３Ｂ チップ（素子）
４Ａ，４Ｂ Ａｕワイヤ
５Ａ 透明エポキシ樹脂もしくはシリコーン樹脂
５Ｂ 蛍光体を分散させたエポキシ樹脂もしくはシリコーン樹脂
６Ａ，６Ｂ ランプハウス
【発明の属する技術分野】
本発明は、短波長（青色、紫〜紫外）発光素子を用いた表面実装型発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の発光ダイオードとしては、現在、図１および図２に示す構造のものが市販されている。図１に示すものは、チップＬＥＤと呼ばれ、また図２に示すものは、白色チップＬＥＤと呼ばれており、いずれもリードフレーム１Ａ，１Ｂで保持されるプリント基板２Ａ，２Ｂ上に所望のチップ（素子）３Ａ，３Ｂを、Ａｕワイヤ４Ａ，４Ｂを介して載置し、之等のチップ３Ａ，３Ｂ、Ａｕワイヤ４Ａ，４Ｂを、図１のチップＬＥＤの場合は、透明エポキシ樹脂もしくはシリコーン樹脂５Ａにより、また図２の白色チップＬＥＤの場合は、蛍光体を分散させたエポキシ樹脂もしくはシリコーン樹脂５Ｂを被覆封止させて構成し、ランプハウス６Ａ，６Ｂ内にカップ状に設けて形成してある。
【０００３】
そして、これらの樹脂封止構成体５Ａ，５Ｂのうち、エポキシ樹脂の場合は、酸無水物硬化系であり、つぎの構造式で示すビスフェノールＡグリシジルエーテル（１１）もしくは脂環式エポキシ（１２）及びメチルヘキサヒドロ無水フタル酸（１３）を主成分としている。
【０００４】
【化１】
このようにＬＥＤ用エポキシ樹脂は、酸無水物硬化系が一般的である。そして砲弾型ＬＥＤのように厚みのあるレンズ成形や、樹脂基板上にトランスファー成形によってレンズを形成するような場合には酸無水物硬化が適している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、白色チップＬＥＤのように蛍光体を分散させた樹脂を薄く素子上面に形成するような場合、エポキシ樹脂の酸無水物硬化では酸無水物の蒸発が著しく、樹脂硬化後に樹脂部分の体積が大幅に減少する。
【０００７】
さらに、酸無水物の蒸発によって、樹脂の強度や耐熱性が設計値より低くなるため、樹脂クラック、変色が発生し、ＬＥＤとしての信頼性が大きく低下する。
【０００８】
こうした問題を解決するために、従来例で示したようにエポキシ樹脂の代わりにシリコーン樹脂を使用する方法もある。しかし、シリコーン樹脂はエポキシ樹脂と比較して屈折率が低く、素子との密着性が低いため、ＬＥＤ素子からの光取り出し効率が低下し、明るいＬＥＤを得るためには難点が多い。さらに、シリコーン樹脂はエポキシ樹脂と比較して強度が低く、表面に埃が付着しやすい問題がある。また、自動実装機を用いてＬＥＤを基板上に実装する場合、シリコーン樹脂が柔らかく、強度が低いため自動実装できる形状が限定されると言う問題もある。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とする処は、樹脂の硬化に伴う重量減少が少なく、信頼性を向上でき、樹脂表面形状の安定を図ることができる表面実装型発光ダイオードを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明においては、下記の（１）項ないし（４）項のいずれかに示す表面実装型発光ダイオードを提供することにより、前記目的を達成しようとするものである。
【００１１】
（１）カチオン硬化エポキシ樹脂を用いてチップおよびワイヤを封止して成ることを特徴とする表面実装型発光ダイオード。
【００１２】
（２）前記エポキシ樹脂の硬化剤が、ヘキサフルオロアンチモンイオンをカウンターアニオンとする芳香族オニウム塩および脂肪族オニウム塩のいずれかあるいは混合物であり、組成物１００重量部に対し、硬化剤が０．０５〜３．０重量部含有することを特徴とする前記（１）記載の表面実装型発光ダイオード。
【００１３】
（３）前記エポキシ樹脂は、水素添加ビスフェノールＡグリシジルエーテル、脂環式エポキシ、オキセタン誘導体のいずれかもしくはその混合物であることを特徴とする前記（１）記載の表面実装型発光ダイオード。
【００１４】
（４）前記エポキシ樹脂は、組成物１００重量部に対し、０．０１〜１．０重量部の酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤のいずれかもしくはその混合物を含むものであることを特徴とする前記（１）記載の表面実装型発光ダイオード。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、表面実装型発光ダイオードにおいて、従来用いられていた樹脂に代えて、カチオン硬化エポキシ樹脂を用いて封止したことを特徴とする。
【００１６】
すなわち、従来例を示す図１，図２の構成の発光ダイオードにあって、樹脂封止構成体である処の透明エポキシ樹脂もしくはシリコーン樹脂５Ａや蛍光体を分散させたエポキシ樹脂もしくはシリコーン樹脂５Ｂの樹脂素材に代えて、カチオン硬化エポキシ樹脂を用いたものであるので、之等従来例の図１，図２の構成をそのまま本発明の実施例の構成として利用する。
【００１７】
そして、エポキシ樹脂混合物としては、つぎの構造式を含めて、各種エポキシ樹脂混合物を用い、かつ熱／光によるカチオン重合によって硬化する系であることを特徴とする。
【００１８】
【化２】
また、酸化防止剤は、つぎの構造式で示すリン系酸化防止剤（２７）、フェノール系酸化防止剤（２８）などを用いることができる。
【００２０】
【化３】
さらに硬化触媒すなわち、カチオン重合触媒としては、つぎの構造式で示す脂肪族オニウム塩（２９），（３０）、芳香族オニウム塩（３１），（３２）などが適する。なお、これらの塩は、いずれもヘキサフルオロアンチモンイオン
【００２２】
【化４】
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
【００２４】
（実施例１）
まず、実施例１として、以下の成分及び条件で表面実装型発光ダイオードを製造した。
【００２５】
脂環式エポキシ（１２） ５０重量部
脂環式エポキシ（２２） ３５重量部
エチレングリコール １５重量部
酸化防止剤（２８） ０．５重量部
カチオン硬化触媒（２９） ０．１５重量部
硬化条件 ９０℃０．５時間＋１３０℃２時間
【００２６】
（実施例２）
次に、実施例２として、以下の成分及び条件で表面実装型発光ダイオードを製造した。
【００２７】
水素添加ビスフェノールＡグリシジルエーテル（２１） ９０重量部
脂環式エポキシ（１２） １０重量部
酸化防止剤（２８） ０．５重量部
カチオン硬化触媒（２９） ０．１５重量部
硬化条件 １００℃１時間＋１３０℃２時間
【００２８】
上記実施例（１），（２）におけるカチオン硬化触媒は、配合するエポキシ樹脂の種類と配合比を変化させることにより、組成樹脂１００重量部に対し、０．０５から３．０重量部までの範囲で配合量を可変できる。さらに実施例（１），（２）に示すエポキシ樹脂に代えて異なる種類のものをそれぞれ単独または複数混合して実施できることは勿論である。なお、前記カチオン硬化触媒の数値範囲については、下限値以下では濃度が低すぎて樹脂の硬化が起こらないし、また上限値を越えると樹脂が着色するなどの不都合が生じるために数値を限定してある。
【００２９】
また、上記実施例（１），（２）に配合される酸化防止剤０．５重量部に加えて、紫外線吸収剤，光安定剤などの添加物のいずれかの選択的な混合物としているが、その量は、樹脂組成物１００重量部に対して０．０１〜１．０重量部が好ましい。この数値限定は、下限値より小さいと配合の目的が達成されず、また上限値を越えると高濃度となり樹脂の特性（膨張度合い、強度など）が変化するためである。
【００３０】
（従来例および実施例の比較）
異なるエポキシ樹脂の酸無水物硬化及びカチオン硬化について、表面実装用チップＬＥＤリードフレームを使用し、カップ部分（深さ０．４ｍｍ、直径０．５ｍｍ）に樹脂注入し、硬化前後の重量変化を測定した結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
以上の結果より、酸無水物硬化ではエポキシモノマー種類や配合比にかかわらず、酸無水物蒸発に起因する著しい重量減少が確認された。
【００３３】
さらに、一般的な酸無水物硬化のエポキシ樹脂では、ガラス転位点を境に樹脂の膨張係数が大きく変化し、このとき、ＬＥＤの金線切断などの問題が起こりやすいことから、ＬＥＤの使用環境よりもガラス転位点を高くする必要があり、樹脂に対して高いガラス転位点が求められていた。
【００３４】
しかし、カチオン硬化樹脂ではガラス転位点前後の膨張係数変化が小さく、温度変化を伴う環境下における断線不良が低減できる。
【００３５】
これに対し、従来の酸無水物硬化のエポキシ樹脂では、酸無水物の蒸発によって樹脂体積が大きく減少し、カップ部分に完全に注入しても、加熱硬化後大きく引けてしまうという問題があった。これは、形状の問題だけでなく、ＬＥＤの配光にも影響を及ぼす。
【００３６】
また、酸無水物が選択的に蒸発するため、樹脂硬化物中の酸無水物とエポキシとの比率が変化する。耐候性の低下，樹脂率の変化といった予測した樹脂性質が得られないだけでなく、ＬＥＤの信頼性も低下する。
【００３７】
しかし、この実施例のカチオン硬化樹脂では硬化後の体積収縮が低く、設計通りの配光を得ることが出来る。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、樹脂の硬化に伴う重量減少が少なく、信頼性を向上でき、樹脂表面形状の安定を図ることができる表面実装型発光ダイオードを提供することができる。
【００３９】
しかも、本発明は短波長（青色，紫から紫外）発光素子を用いたＬＥＤの封止樹脂を始め、これに蛍光体を用いた白色ＬＥＤ等の封止樹脂、さらには蛍光体分散材料などその用途は広範である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例のチップＬＥＤと呼ばれる発光ダイオードを示す断面拡大説明図
【図２】従来例の白色チップＬＥＤと呼ばれる発光ダイオードを示す断面拡大説明図
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ リードフレーム
２Ａ，２Ｂ プリント基板
３Ａ，３Ｂ チップ（素子）
４Ａ，４Ｂ Ａｕワイヤ
５Ａ 透明エポキシ樹脂もしくはシリコーン樹脂
５Ｂ 蛍光体を分散させたエポキシ樹脂もしくはシリコーン樹脂
６Ａ，６Ｂ ランプハウス
Claims (4)
- カチオン硬化エポキシ樹脂を用いてチップおよびワイヤを封止して成ることを特徴とする表面実装型発光ダイオード。
- 前記エポキシ樹脂の硬化剤が、ヘキサフルオロアンチモンイオンをカウンターアニオンとする芳香族オニウム塩および脂肪族オニウム塩のいずれかあるいは混合物であり、組成物１００重量部に対し、硬化剤が０．０５〜３．０重量部含有することを特徴とする請求項１記載の表面実装型発光ダイオード。
- 前記エポキシ樹脂は、水素添加ビスフェノールＡグリシジルエーテル、脂環式エポキシ、オキセタン誘導体のいずれかもしくはその混合物であることを特徴とする請求項１記載の表面実装型発光ダイオード。
- 前記エポキシ樹脂は、組成物１００重量部に対し、０．０１〜１．０重量部の酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤のいずれかもしくはその混合物を含むものであることを特徴とする請求項１記載の表面実装型発光ダイオード。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002198550A JP2004040031A (ja) | 2002-07-08 | 2002-07-08 | 表面実装型発光ダイオード |
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| JP2002198550A JP2004040031A (ja) | 2002-07-08 | 2002-07-08 | 表面実装型発光ダイオード |
Publications (1)
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|---|---|
| JP2004040031A true JP2004040031A (ja) | 2004-02-05 |
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ID=31705973
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002198550A Pending JP2004040031A (ja) | 2002-07-08 | 2002-07-08 | 表面実装型発光ダイオード |
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|---|---|
| JP (1) | JP2004040031A (ja) |
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