JPH03237749A

JPH03237749A - 光半導体装置

Info

Publication number: JPH03237749A
Application number: JP2234105A
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: 1990-09-03
Publication date: 1991-10-23
Anticipated expiration: 2013-06-04
Also published as: JP2760889B2

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
る際に用いられる樹脂組成物としては、透明であること
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、酸無水物系
硬化剤とからなるエポキシ樹脂組成物が用いられる。

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、この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し、それが原因で光
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
ような問題を解決するため、従来から、上記内部応力を
低減させる方法として、オルガノポリシロキサンを用い
てエポキシ樹脂を変性しエポキシ樹脂組成物硬化体の弾
性率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、上記方法は、内部応力を低下させること
はできても得られるエポキシ樹脂組成物硬化体が不均一
構造となり、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は致命的な欠点を有
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）成分を含有するエポキシ樹脂ｍ
酸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）上記（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）成分からなる硬
化体との常温での屈折率の差が ±０．０１の範囲にあるオルガノポリシロキサン。

〔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、従来のオルガノポリシロキサン
で、内部応力の低減はなされるものの、光透過率も低下
するのは、エポキシ樹脂組成物硬化体の屈折率とオルガ
ノポリシロキサンの屈折率との差が大きいためではない
かと想起した。そして、両者の屈折率の差を小さくする
ために、さらに研究を重ねた。その結果、エポキシ樹脂
組成物硬化体の屈折率との差の小さいオルガノポリシロ
キサンを用いると、透明で内部応力の低い封止樹脂が得
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、特定のオルガノポリシロキサン
（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。そして、上記
性のエポキシ樹脂を用いる場合、その使用割合は、通常
、上記透明性エポキシ樹脂１００重量部（以下「部」と
略す）に対して他のエポキシ樹脂を５〜１００部の割合
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
、波長６００ｍａ＋の光透過率が厚み１ｍｍで８０〜１
００％をいう。

上記酸無水物系硬化剤（Ｂ成分）としては、分子量１４
０〜２００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、エポキシ樹脂
１００部に対して５０〜２００部の範囲に設定すること
が好ましい。

上記硬化触媒（Ｃ成分）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。

上記特定のオルガノポリシロキサン（Ｄ成分）としては
、上記透明性エポキシ樹脂（Ａｔ２分）。

酸無水物系硬化剤（Ｂ成分）および硬化触媒（Ｃ成分）
からなるエポキシ樹脂組成物硬化体との屈折率の差が、
常温で±０．０１の範囲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値で
ある。

また、上記特定のオルガノポリシロキサンのなかでも、
特に下記の一般式（Ｉ）で表されるものを用いるのが好
ましい。

そして、上記一般式（１）中、ｍ＋ｎ＝３０〜９０のも
のを用いるのが好ましい。さらに、フェニル基の数は、
成分子中に３０〜１４０個が好適である。さらに、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、なかでもメチルフェニルポリシロキサン、ジフェニ
ルポリシロキサン等を用いるのが特に好適である。この
ようなオルガノポリシロキサンは、数平均分子量４５ｏ
Ｏ〜１３０００を有するものが用いるのが好適である。

なお、上記特定のオルガノポリシロキサン（Ｄ成分）の
配合量は、エポキシ樹脂１００部に対して５〜１００部
の範囲内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部未満では硬化物の弾性率が充分
低下しないために、また１００部を超えると弾性率は低
下するが線膨張係数が大きくなり過ぎ、その結果、充分
な低応力効果が得られなくなる傾向がみられるからであ
る。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物には、上記Ａ−Ｄ
戒分成分に、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、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、上記各成分原料を適宜配合し予備混合した後
、混練機に掛けて混練して溶融混合する。

そして、これを室温に冷却した後、公知の手段によって
粉砕し、必要に応じて打錠するという一連の工程により
製造することができる。また、上記各成分原料の配合に
先立って、予め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（ＤＩ分）をキシレン等の有機
溶媒中に均一溶解し温度１３０°Ｃで約５時間熱処理し
予備反応させることにより変性透明性エポキシ樹脂を作
製する。そして、上記変性透明性エポキシ樹脂に残りの
酸無水物硬化剤（Ｂ成分）、硬化触媒（Ｃ成分）および
従来公知の添加剤を所定の割合で配合した後、上記と同
様の製法にしたがい製造することもできる。このように
、予め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（Ｄ成分）とを反応させ透明性エポキシ
樹脂を予備変性させるのが効果の点から好ましい。さら
に、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、特定のオルガノポリシロキサンを用いることによ
りエポキシ樹脂が変性処理されて低応力性が向上し、し
かも樹脂成分の硬化体の屈折率と上記特定のオルガノポ
リシロキサン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、エポキシ樹
脂！ＪＩ威物硬化体の屈折率とそれ自体の屈折率との差
が小さいオルガノポリシロキサンを用い、これを含むエ
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
得られたものである。このため、この封止樹脂が光透過
性に優れ、しかもその内部応力が小さくなっており、例
えば発光素子ではその輝度劣化の抑制等が効果的になさ
れ信頼性が極めて高くなる。

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）７３部、エポキシ当量２５２の下記の構造
式で表される脂環式エポキシ樹脂（液状樹脂）２７部に
、１０噴Ｄ−Ｃ−０−Ｃｕｔ１８ｐ。

数平均分子量が１１０００で屈折率が１．５３１の両末
端アミノ変性メチルフェニルポリシロキサン２２部添加
し、これらをキシレン中で約１３０　”Ｃで５時間熱処
理したのち、脱キシレンすることにより変性エポキシ樹
脂を得た。つぎに、上記変性エポキシ樹脂１２２部に、
４−メチルへキサヒドロ無水フタル酸１００部と２−エ
チル−４−メチルイミダゾール０．４部を添加混合した
ものを１２Ｏ′Ｃで熱硬化させ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。

なお、上記配合物において、両末端アミノ変性メチルフ
ェニルポリシロキサンでエポキシ樹脂を変性しない場合
、すなわち、エポキシ当量１８５のビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂７３部、エポキシ当量２５２の脂環式エポ
キシ樹脂２７部、４−メチルへキサヒドロ無水フタル酸
１００部と２−エチル−４−メチルイミダゾール０．４
部を添加混合したものを１２０°Ｃで熱硬化させたエポ
キシ樹脂組成物硬化体の屈折率は１．５３１であり、上
記両末端アミノ変性メチルフェニルポリシロキサンの屈
折率と等しい。

〔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）６２部、エポキシ当量２５２の下記の構造
式で表される脂環式エポキシ樹脂（液状樹脂）３８部に
、ｈＯく８γ−Ｃ−０−ＣＨ「（）＝０数平均分子量８０００で屈折率が１．５２７の両末端ア
ミノ変性メチルフェニルポリシロキサン２２部添加し、
これらをキシレン中で約１３０°Ｃで５時間熱処理した
のち、脱キシレンすることにより変性エポキシ樹脂を得
た。つぎに、上記変性エポキシ樹脂１２２部に、４−メ
チルへキサヒドロ無水フタル酸１００部と２−エチル−
４−メチルイミダゾール０．４２部を添加混合したもの
を１２０°Ｃで熱硬化させ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恥で８８％という
高い値であった。

なお、上記配合物において、両末端アミノ変性メチルフ
ェニルポリシロキサンでエポキシ樹脂を変性しない場合
、すなわち、エポキシ当量１８５のビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂６２部、エポキシ当量２５２の脂環式エポ
キシ樹脂３８部、４−メチルへキサヒドロ無水フタル酸
１００部と２−エチル−４−メチルイミダゾール０．４
部を添加混合したものを１２０°Ｃで熱硬化させたエポ
キシ樹脂組成物硬化体の屈折率は１．５２７であり、上
記両末端アミノ変性メチルフェニルポリシロキサンの屈
折率と等しい。

〔実施例３〕両末端アミノ変性メチルフェニルポリシロキサンの使用
量を５部に、また変性エポキシ樹脂の使用量を１０５部
にそれぞれ変えた。それ以外は実施例１と同様にしてエ
ポキシ樹脂＆［ｌ酸物硬化体を得た。この硬化体の光透
過率は厚み４ｍで８６％という高い値であった。

なお、上記配合物において、両末端アミノ変性メチルフ
ェニルポリシロキサンでエポキシ樹脂を変性しない場合
、すなわち、エポキシ当量１８５のビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂７３部、エポキシ当量２５２の脂環式エポ
キシ樹脂２７部、４メチルへキサヒドロ無水フタル酸１
００部と２エチル−４−メチルイ稟ダゾール０．４部を
添加混合したものを１２０°Ｃで熱硬化させたエポキシ
樹脂Ｕ威物硬化体の屈折率は１．５３１であり、上記両
末端アミノ変性メチルフェニルポリシロキサンの屈折率
と等しい。

［実施例４］両末端アくノ変性メチルフェニルポリシロキサンの使用
量を１００部に、また変性エポキシ樹脂の使用量を２０
０部にそれぞれ変えた。それ以外は実施例２と同様にし
てエポキシ樹脂１ｊＪｌ戒物硬化体を得た。この硬化体
の光透過率は厚み４Ｉｎ［Ｉｌで８０％という高い値で
あった。

（実施例５〕オルガノポリシロキサンとして、下記の一般式（ｎ）で
表される数平均分子ｉ１６０００で屈折率が１．５３１
のオルガノポリシロキサンを用いた。

それ以外は実施例１と同様にして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８２
％という高い値であった。

なお、上記配合物において、上記一般式（ＩＩ）で表さ
れるオルガノポリシロキサンでエポキシ樹脂を変性しな
い場合、すなわち、エポキシ当量１８５のビスフェノー
ルＡ型エポキシ樹脂７３部、エポキシ当量２５２の脂環
式エポキシ樹脂２７部、４−メチルへキサヒドロ無水フ
タル酸１００部と２−エチル−４−メチルイミダゾール
０．４部を添加混合したものを１２０°Ｃで熱硬化させ
たエポキシ樹脂組成物硬化体の屈折率は１．５３１であ
り、上記一般式（ＩＩ）で表されるオルガノポリシロキ
サンの屈折率と等しい。

〔実施例６〕実施例１の配合成分を同量用い、予め変性エポキシ樹脂
を作製せず、各成分を配合混合し、混練機にかけて混練
して溶融混合した。そして、これを１２０°Ｃで熱硬化
させ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４ＩＩＩ１１１で８０％という高い値であ
った。

なお、上記配合物において、両末端アごノ変性メチルフ
ェニルポリシロキサンを用いなかった場合、すなわち、
エポキシ当量１８５のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
７３部、エポキシ当量２５２の脂環式エポキシ樹脂２７
部、４−メチルへキサヒドロ無水フタル酸１００部と２
−エチル−４−メチルイミダゾール０．４部を添加混合
したものを１２０°Ｃで熱硬化させたエポキシ樹脂組成
物硬化体の屈折率は１．５３１であり、上記両末端アミ
ノ変性メチルフェニルポリシロキサンの屈折率と等しい
。

〔比較例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）１００部に数平均分子量が８０００で屈折
率が１．５２７の両末端アミノ変性メチルフェニルポリ
シロキサン２２部を添加し、これらをキシレン中で約１
３０°Ｃで５時間熱処理したのち、脱キシレンすること
により変性エポキシ樹脂を得た。つぎに、上記変性エポ
キシ樹脂１２２部に、４−メチルへキサヒドロ無水フタ
ル酸１００部と２−エチル−４−メチルイミダゾール０
．４２部を添加混合したものを１２０℃で熱硬化させエ
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４ＩＩＩＩＭで９％で、外見は白濁していた。

なお、上記硬化体の光透過率が低かった原因は、上記配
合組成物において、両末端アミノ変性メチルフェニルポ
リシロキサンによりエポキシ樹脂を変性しない場合、す
なわち、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、４−メチルヘ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．
４２部を混合したものを１２０°Ｃで熱硬化させたエポ
キシ樹脂組成物硬化体の屈折率が１．５４１であり、上
記両末端アミノ変性メチルフェニルポリシロキサンの屈
折率１．５２７と比較すると差が０．０１以上であった
ためである。

〔比較例２〕オルガノポリシロキサンを用いずに、ビスフェノールＡ
型エポキシ樹脂（液状樹脂）１００部に４−メチルへキ
サヒドロ無水フタル酸１００部と２−エチル−４−メチ
ルイミダゾール０．４２部を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１〜５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５閣のパイロットランプ。

評価素子：　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　、　０．５　ｗａ　Ｘ　
Ｏ，５ｍｓ。

評価条件ニー３０℃放置で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、実施測高は比較測高に比べて輝度劣
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）〜（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）酸無水物系硬化剤。（Ｃ）硬化触媒。（Ｄ）上記（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）成分からなる硬
化体との常温での屈折率の差が ±０．０１の範囲にあるオルガノポリシロキサン。
（２）（Ｄ）成分の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）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、Ｘは炭素数２以下のアル
キル基、フェニル基または置換フェニル基であり、相互
に同じであつても異なつていてもよい。ただし、Ｘのう
ちの少なくとも１個はフェニル基または置換フェニル基
である。また、ｍ＋ｎは３〜９０の整数である。そして
、１分子中のフェニル基の含有量は３〜１８０個に設定
されている。
（３）上記（Ｄ）成分のオルガノポリシロキサンにより
予め上記（Ａ）成分の透明性エポキシ樹脂を変性してな
る請求項（１）または（２）記載の光半導体装置。
（４）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）〜（３）のいずれか一項に記載の光半導
体装置。
（５）オルガノポリシロキサンの使用量が、透明性エポ
キシ樹脂１００重量部に対して５〜１００重量部の範囲
に設定されている請求項（１）〜（４）のいずれか一項
に記載の光半導体装置。
（６）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）酸無水物系硬化剤。（Ｃ）硬化触媒。（Ｄ）上記（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）成分からなる硬
化体との常温での屈折率の差が ±０．０１の範囲にあるオルガノポリシロキサン。
（７）上記（Ｄ）成分の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（６）記
載の光半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼…（ I ）上記一般式（ I ）において、Ｘは炭素数２以下のアル
キル基、フェニル基または置換フェニル基であり、相互
に同じであつても異なつていてもよい。ただし、Ｘのう
ちの少なくとも１個はフェニル基または置換フェニル基
である。また、ｍ＋ｎは３〜９０の整数である。そして
、１分子中のフェニル基の含有量は３〜１８０個に設定
されている。