JP5938041B2 - 硬化性エポキシ樹脂組成物 - Google Patents
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Description
また、本発明の他の目的は、上記硬化性エポキシ樹脂組成物を硬化してなる、優れた透明性、耐熱性、耐光性、及び耐クラック性を兼ね備えた硬化物を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、経時での光度低下が抑制された光半導体装置を得ることができる、上記硬化性エポキシ樹脂組成物からなる光半導体封止用樹脂組成物を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記光半導体封止用樹脂組成物を用いて光半導体素子を封止することにより得られる、経時での光度低下が抑制された光半導体装置を提供することにある。
で表されるモノアリルジグリシジルイソシアヌレート化合物(B)と、分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(C)と、脂環式ポリエステル樹脂(D)と、硬化剤(E)と、硬化促進剤(G)とを含むことを特徴とする硬化性エポキシ樹脂組成物を提供する。
で表されるモノアリルジグリシジルイソシアヌレート化合物(B)と、分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(C)と、脂環式ポリエステル樹脂(D)と、硬化触媒(F)とを含むことを特徴とする硬化性エポキシ樹脂組成物を提供する。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物は、脂環式エポキシ化合物(A)と、下記式(1)
で表されるモノアリルジグリシジルイソシアヌレート化合物(B)と、分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(C)と、脂環式ポリエステル樹脂(D)と、硬化剤(E)と、硬化促進剤(G)とを少なくとも含む樹脂組成物、又は、脂環式エポキシ化合物(A)と、上記式(1)で表されるモノアリルジグリシジルイソシアヌレート化合物(B)と、分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(C)と、脂環式ポリエステル樹脂(D)と、硬化触媒(F)とを少なくとも含む樹脂組成物である。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物を構成する脂環式エポキシ化合物(A)は、分子内(1分子内)に脂環(脂肪族環)構造とエポキシ基とを少なくとも有する化合物である。より具体的には、脂環式エポキシ化合物(A)には、例えば、(i)脂環を構成する隣接する2つの炭素原子と酸素原子とで構成されるエポキシ基(「脂環エポキシ基」と称する場合がある)を有する化合物、及び(ii)脂環にエポキシ基が直接単結合で結合している化合物等が含まれる。但し、脂環式エポキシ化合物(A)には、後述の分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(C)は含まれないものとする。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物を構成するモノアリルジグリシジルイソシアヌレート化合物(B)は、下記の一般式(1)で表される。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物を構成する分子内(一分子中)に2以上のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(C)は、シロキサン骨格を有し、なおかつ分子内に2以上のエポキシ基を有する化合物である。分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(C)は、硬化物の耐熱性、耐光性、耐クラック性を向上させ、光半導体装置の光度低下を抑制する役割を担う。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物を構成する脂環式ポリエステル樹脂(D)は、脂環構造(脂肪族環構造)を少なくとも有するポリエステル樹脂である。脂環式ポリエステル樹脂(D)は、硬化物の耐熱性、耐光性、耐クラック性を向上させ、光半導体装置の光度低下を抑制する役割を担う。特に、硬化物の耐熱性、耐光性、耐クラック性向上の観点で、脂環式ポリエステル樹脂(D)は、主鎖に脂環(脂環構造)を有する脂環式ポリエステル樹脂であることが好ましい。即ち、脂環式ポリエステル樹脂(D)は、脂環を構成する炭素原子の一部又は全部によりポリマー主鎖が構成されたポリエステル樹脂であることが好ましい。なお、脂環式ポリエステル樹脂(D)は単独で、又は2種以上を組み合わせて使用できる。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物を構成する硬化剤(E)は、エポキシ基を有する化合物を硬化させる役割を担う。硬化剤(E)としては、エポキシ樹脂用硬化剤として公知乃至慣用の硬化剤を使用することができる。中でも、硬化剤(E)としては、25℃で液状の酸無水物が好ましく、より具体的には、例えば、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ドデセニル無水コハク酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸などが挙げられる。また、例えば、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルシクロヘキセンジカルボン酸無水物などの常温(約25℃)で固体状の酸無水物についても、常温(約25℃)で液状の酸無水物に溶解させて液状の混合物とすることで、硬化剤(E)として好ましく使用することができる。硬化剤(E)は単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。中でも、硬化剤(E)としては、耐熱性、耐光性、耐クラック性の観点で、特に、飽和単環炭化水素ジカルボン酸の無水物(環にアルキル基等の置換基が結合したものも含む)が好ましい。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物において硬化促進剤(G)は、エポキシ基を有する化合物が硬化剤(E)により硬化する際に、硬化速度を促進する機能を有する化合物である。硬化促進剤(G)としては、公知乃至慣用の硬化促進剤を使用することができ、特に限定されないが、例えば、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7(DBU)、及びその塩(例えば、フェノール塩、オクチル酸塩、p−トルエンスルホン酸塩、ギ酸塩、テトラフェニルボレート塩);1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノネン−5(DBN)、及びその塩(例えば、フェノール塩、オクチル酸塩、p−トルエンスルホン酸塩、ギ酸塩、テトラフェニルボレート塩);ベンジルジメチルアミン、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミンなどの3級アミン;2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾールなどのイミダゾール類;リン酸エステル、トリフェニルホスフィンなどのホスフィン類;テトラフェニルホスホニウムテトラ(p−トリル)ボレートなどのホスホニウム化合物;オクチル酸スズ、オクチル酸亜鉛などの有機金属塩;金属キレートなどが挙げられる。硬化促進剤(G)は単独で、又は2種以上を組み合わせて使用できる。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物は、上述の硬化剤(E)の代わりに、硬化触媒(F)を含んでいてもよい。硬化剤(E)を用いた場合と同様に、硬化触媒(F)を用いることにより、エポキシ基を有する化合物の硬化反応を進行させ、硬化物を得ることができる。上記硬化触媒(F)としては、特に限定されないが、例えば、紫外線照射又は加熱処理を施すことによりカチオン種を発生して、重合を開始させるカチオン触媒(カチオン重合開始剤)を用いることができる。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物は、さらに、シリコーン系レベリング剤(ポリシロキサン系レベリング剤)及びフッ素系レベリング剤からなる群から選ばれた少なくとも1種のレベリング剤を含むことが好ましい。本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物は、上記レベリング剤を含むことにより、より高度な耐熱性及び耐クラック性を示す硬化物を形成でき、該硬化物を用いて作製した光半導体装置は、経時での光度低下が生じにくい。
上記シリコーン系レベリング剤とは、ポリシロキサン骨格を有する化合物を含むレベリング剤である。上記シリコーン系レベリング剤としては、公知乃至慣用のシリコーン系レベリング剤を使用でき、特に限定されないが、例えば、商品名「BYK−300」、「BYK−301/302」、「BYK−306」、「BYK−307」、「BYK−310」、「BYK−315」、「BYK−313」、「BYK−320」、「BYK−322」、「BYK−323」、「BYK−325」、「BYK−330」、「BYK−331」、「BYK−333」、「BYK−337」、「BYK−341」、「BYK−344」、「BYK−345/346」、「BYK−347」、「BYK−348」、「BYK−349」、「BYK−370」、「BYK−375」、「BYK−377」、「BYK−378」、「BYK−UV3500」、「BYK−UV3510」、「BYK−UV3570」、「BYK−3550」、「BYK−SILCLEAN3700」、「BYK−SILCLEAN3720」(以上、ビックケミー・ジャパン(株)製)、商品名「AC FS 180」、「AC FS 360」、「AC S 20」(以上、Algin Chemie製)、商品名「ポリフローKL−400X」、「ポリフローKL−400HF」、「ポリフローKL−401」、「ポリフローKL−402」、「ポリフローKL−403」、「ポリフローKL−404」(以上、共栄社化学(株)製)、商品名「KP−323」、「KP−326」、「KP−341」、「KP−104」、「KP−110」、「KP−112」(以上、信越化学工業(株)製)、商品名「LP−7001」、「LP−7002」、「8032 ADDITIVE」、「57 ADDITIVE」、「L−7604」、「FZ−2110」、「FZ−2105」、「67 ADDITIVE」、「8618 ADDITIVE」、「3 ADDITIVE」、「56 ADDITIVE」(以上、東レ・ダウコーニング(株)製)などの市販品を使用することができる。シリコーン系レベリング剤は単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記フッ素系レベリング剤とは、アルキル基の水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されたフッ素化アルキル基を有する化合物を含むレベリング剤である。上記フッ素系レベリング剤としては、公知乃至慣用のフッ素系レベリング剤を使用でき、特に限定されないが、例えば、商品名「BYK−340」(ビックケミー・ジャパン(株)製)、商品名「AC 110a」、「AC 100a」(以上、Algin Chemie製)、商品名「メガファックF−114」、「メガファックF−410」、「メガファックF−444」、「メガファックEXP TP−2066」、「メガファックF−430」、「メガファックF−472SF」、「メガファックF−477」、「メガファックF−552」、「メガファックF−553」、「メガファックF−554」、「メガファックF−555」、「メガファックR−94」、「メガファックRS−72−K」、「メガファックRS−75」、「メガファックF−556」、「メガファックEXP TF−1367」、「メガファックEXP TF−1437」、「メガファックF−558」、「メガファックEXP TF−1537」(以上、DIC(株)製)、商品名「FC−4430」、「FC−4432」(以上、住友スリーエム(株)製)、商品名「フタージェント 100」、「フタージェント 100C」、「フタージェント 110」、「フタージェント 150」、「フタージェント 150CH」、「フタージェント A−K」、「フタージェント 501」、「フタージェント 250」、「フタージェント 251」、「フタージェント 222F」、「フタージェント 208G」、「フタージェント 300」、「フタージェント 310」、「フタージェント 400SW」(以上、(株)ネオス製)、商品名「PF−136A」、「PF−156A」、「PF−151N」、「PF−636」、「PF−6320」、「PF−656」、「PF−6520」、「PF−651」、「PF−652」(以上、北村化学産業(株)製)などの市販品を使用することもできる。フッ素系レベリング剤は単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物は、さらに、ポリオール化合物を含むことが好ましい。本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物は、上記ポリオール化合物を含むことにより、より高度な耐熱性及び耐クラック性を示す硬化物を形成でき、該硬化物を用いて作製した光半導体装置は、経時での光度低下がいっそう生じにくい。上記ポリオール化合物とは、分子内(一分子中)に2個以上の水酸基を有する数平均分子量が200以上の重合体(オリゴマー又はポリマー)であり、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール等が含まれる。なお、上記ポリオール化合物は単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物は、さらに、アクリルブロック共重合体を含むことが好ましい。より詳しくは、本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物がアクリルブロック共重合体を含む場合、当該硬化性エポキシ樹脂組成物を用いて製造された光半導体装置は、特に高輝度・高出力の場合であっても光度が低下しにくい傾向にある。即ち、アクリルブロック共重合体を用いることにより、本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物を硬化して得られる硬化物は、より高いレベルの耐熱性、耐光性、及び耐クラック性を発揮できる。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物は、さらに、ゴム粒子を含んでいてもよい。上記ゴム粒子としては、例えば、粒子状NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、反応性末端カルボキシル基NBR(CTBN)、メタルフリーNBR、粒子状SBR(スチレン−ブタジエンゴム)などのゴム粒子が挙げられる。上記ゴム粒子としては、ゴム弾性を有するコア部分と、該コア部分を被覆する少なくとも1層のシェル層とからなる多層構造(コアシェル構造)を有するゴム粒子が好ましい。上記ゴム粒子は、特に、(メタ)アクリル酸エステルを必須モノマー成分とするポリマー(重合体)で構成されており、表面に脂環式エポキシ化合物(A)などのエポキシ基を有する化合物と反応し得る官能基としてヒドロキシル基及び/又はカルボキシル基(ヒドロキシル基及びカルボキシル基のいずれか一方又は両方)を有するゴム粒子が好ましい。上記ゴム粒子の表面にヒドロキシル基及び/又はカルボキシル基が存在しない場合、冷熱サイクル等の熱衝撃により硬化物が白濁して透明性が低下するため好ましくない。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物は、上記以外にも、本発明の効果を損なわない範囲内で各種添加剤を使用することができる。添加剤として、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどの水酸基を有する化合物(上述のポリオール化合物を除く)を使用すると、反応(硬化反応)を緩やかに進行させることができる。その他にも、粘度や透明性を損なわない範囲内で、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどのシランカップリング剤、界面活性剤、シリカ、アルミナなどの無機充填剤、難燃剤、着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、イオン吸着体、顔料、蛍光体、離型剤などの慣用の添加剤を使用することができる。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物は、上述の脂環式エポキシ化合物(A)と、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート化合物(B)と、分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(C)と、脂環式ポリエステル樹脂(D)と、硬化剤(E)及び硬化促進剤(G)、又は、硬化触媒(F)とを含んでいればよく、その調製方法は特に限定されない。例えば、脂環式エポキシ化合物(A)、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート化合物(B)、分子内に2以上のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(C)等のエポキシ基を有する化合物を必須成分として含むα剤と、硬化剤(E)及び硬化促進剤(G)、又は、硬化触媒(F)を必須成分として含むβ剤とを別々に調製し、当該α剤とβ剤とを所定の割合で攪拌・混合し、必要に応じて真空下で脱泡する方法により調製することができる。なお、脂環式ポリエステル樹脂(D)は、あらかじめα剤及び/又はβ剤の構成成分として混合(配合)しておいてもよいし、α剤とβ剤とを混合する際にα剤、β剤以外の第三成分として配合してもよい。
本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物を硬化させることにより、透明性、耐熱性、耐光性、及び耐クラック性などの諸物性に優れた硬化物を得ることができる。硬化の際の加熱温度(硬化温度)としては、特に限定されないが、45〜200℃が好ましく、より好ましくは100〜190℃、さらに好ましくは100〜180℃である。また、硬化の際に加熱する時間(硬化時間)としては、特に限定されないが、30〜600分が好ましく、より好ましくは45〜540分、さらに好ましくは60〜480分である。硬化温度が低すぎる場合、及び/又は、硬化時間が短すぎる場合は、硬化が不十分となる場合がある。一方、硬化温度が高すぎる場合、及び/又は、硬化時間が長すぎる場合は、樹脂成分の分解が起こる場合がある。硬化条件は種々の条件に依存するが、硬化温度を高くした場合は硬化時間を短く、硬化温度を低くした場合は硬化時間を長くする等により、適宜調整することができる。
本発明の光半導体封止用樹脂組成物は、本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物からなる。本発明の光半導体封止用樹脂組成物を用いることにより、透明性、耐熱性、耐光性、及び耐クラック性などの諸物性に優れた硬化物により光半導体素子が封止された、光度が経時で低下しにくい光半導体装置を得ることができる。上記光半導体装置は、特に、高出力、高輝度の光半導体素子を備える場合であっても、光度が経時で低下しにくい。
本発明の光半導体装置は、本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物(光半導体封止用樹脂組成物)で光半導体素子を封止することにより得られる。光半導体素子の封止は、硬化性エポキシ樹脂組成物を所定の成形型内に注入し、所定の条件で加熱硬化して行う。これにより、硬化性エポキシ樹脂組成物によって光半導体素子が封止されてなる光半導体装置が得られる。封止の際の硬化温度と硬化時間としては、例えば、上記硬化物を形成する際と同様の条件を採用することができる。
(エポキシ樹脂の製造:実施例1〜12、比較例1〜6)
モノアリルジグリシジルイソシアヌレート(商品名「MA−DGIC」、四国化成工業(株))、脂環式エポキシ化合物(商品名「セロキサイド2021P」、(株)ダイセル製;商品名「EHPE3150」、(株)ダイセル製)、分子内に2個のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(商品名「X−40−2678」、信越化学工業(株)製)、分子内に3個のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(商品名「X−40−2720」、信越化学工業(株)製)、分子内に4個のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(商品名「X−40−2670」、信越化学工業(株)製)を、表1に示す配合処方(配合割合)(単位:重量部)に従って混合し(実施例1〜12の場合は、80℃で1時間攪拌することでモノアリルジグリシジルイソシアヌレートを溶解させた)、エポキシ樹脂(エポキシ樹脂組成物)を得た。なお、表1における「−」は、当該成分の配合を行わなかったことを示し、表2、表3においても同様である。
(硬化剤を少なくとも含む硬化剤組成物(以下、「K剤」と称する)の製造:実施例1〜12、比較例1〜6)
硬化剤(酸無水物)(商品名「リカシッド MH−700」、日立化成工業(株)製)、硬化剤(酸無水物)と脂環式ポリエステル樹脂の混合物(商品名「HN−7200」、日立化成工業(株)製)、硬化剤(酸無水物)と脂環式ポリエステル樹脂の混合物(商品名「HN−5700」、日立化成工業(株)製)、硬化促進剤(商品名「U−CAT 18X」、サンアプロ(株)製)、添加剤(商品名「エチレングリコール」、和光純薬工業(株)製)を、表1に示す配合処方(配合割合)に従って、自公転式攪拌装置(商品名「あわとり練太郎AR−250」、(株)シンキー製)を使用して均一に混合し、脱泡してK剤を得た。
(硬化性エポキシ樹脂組成物の製造)
表1に示す配合処方(単位:重量部)となるように、製造例1で得られたエポキシ樹脂、製造例2で得られたK剤を、自公転式攪拌装置(商品名「あわとり練太郎AR−250」、(株)シンキー製)を使用して均一に混合し、脱泡して硬化性エポキシ樹脂組成物を得た。
上記で得た硬化性エポキシ樹脂組成物を、図1に示す光半導体のリードフレーム(InGaN素子、3.5mm×2.8mm)に注型した後、120℃のオーブン(樹脂硬化オーブン)で5時間加熱し、硬化した樹脂(硬化物)で光半導体素子を封止した光半導体装置を得た。なお、図1において、100はリフレクター(光反射用樹脂組成物)、101は金属配線、102は光半導体素子、103はボンディングワイヤ、104は透明封止樹脂(硬化物)を示す。
(ゴム粒子の製造)
還流冷却器付きの1L重合容器に、イオン交換水500g、及びジオクチルスルホコハク酸ナトリウム0.68gを仕込み、窒素気流下に撹拌しながら、80℃に昇温した。ここに、コア部分を形成するために必要とする量の約5重量%分に該当するアクリル酸ブチル9.5g、スチレン2.57g、及びジビニルベンゼン0.39gからなる単量体混合物を一括添加し、20分間撹拌して乳化させた後、ペルオキソ二硫酸カリウム9.5mgを添加し、1時間撹拌して最初のシード重合を行い、続いて、ペルオキソ二硫酸カリウム180.5mgを添加し、5分間撹拌した。ここに、コア部分を形成するために必要とする量の残り(約95重量%分)のアクリル酸ブチル180.5g、スチレン48.89g、ジビニルベンゼン7.33gにジオクチルスルホコハク酸ナトリウム0.95gを溶解させてなる単量体混合物を2時間かけて連続的に添加し、2度目のシード重合を行い、その後、1時間熟成してコア部分を得た。
次いで、ペルオキソ二硫酸カリウム60mgを添加して5分間撹拌し、ここに、メタクリル酸メチル60g、アクリル酸1.5g、及びアリルメタクリレート0.3gにジオクチルスルホコハク酸ナトリウム0.3gを溶解させてなる単量体混合物を30分かけて連続的に添加し、シード重合を行った。その後、1時間熟成し、コア部分を被覆するシェル層を形成した。
次いで、室温(25℃)まで冷却し、目開き120μmのプラスチック製網で濾過することにより、コアシェル構造を有するゴム粒子を含むラテックスを得た。得られたラテックスをマイナス30℃で凍結し、吸引濾過器で脱水洗浄した後、60℃で一昼夜送風乾燥してゴム粒子を得た。得られたゴム粒子の平均粒子径は254nm、最大粒子径は486nmであった。
(ゴム粒子分散エポキシ化合物の製造)
製造例3で得られたゴム粒子10重量部を、窒素気流下、60℃に加温した状態でディゾルバー(1000rpm、60分間)を使用して、セロキサイド2021P(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(3,4−エポキシ)シクロヘキサンカルボキシレート、(株)ダイセル製)56重量部に分散させ、真空脱泡して、ゴム粒子分散エポキシ化合物(25℃での粘度:834mPa・s)を得た。
なお、上記ゴム粒子分散エポキシ化合物(ゴム粒子10重量部をセロキサイド2021P((株)ダイセル製)56重量部に分散させたもの)の粘度(25℃における粘度)は、デジタル粘度計(商品名「DVU−EII型」、(株)トキメック製)を使用して測定した。
(エポキシ樹脂の製造:実施例13〜28)
モノアリルジグリシジルイソシアヌレート(商品名「MA−DGIC」、四国化成工業(株))、脂環式エポキシ化合物(商品名「セロキサイド2021P」、(株)ダイセル製)、分子内に2個のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(商品名「X−40−2678」、信越化学工業(株)製)、分子内に3個のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(商品名「X−40−2720」、信越化学工業(株)製)、分子内に4個のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(商品名「X−40−2670」、信越化学工業(株)製)、シリコーン系レベリング剤(商品名「BYK−300」、ビックケミー・ジャパン(株)製;商品名「AC FS 180」、Algin Chemie製)、フッ素系レベリング剤(商品名「BYK−340」、ビックケミー・ジャパン(株)製;商品名「AC 110a」、Algin Chemie製)、ポリカーボネートジオール(商品名「プラクセル CD220PL」、(株)ダイセル製)、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(商品名「PTMG2000」、三菱化学(株)製)、ポリカプロラクトンポリオール(商品名「プラクセル 308」、(株)ダイセル製)、フェノキシ樹脂(商品名「YP−70」、新日鐵化学(株)製)、水酸基含有長鎖エポキシ樹脂(商品名「エポトートYD−6020」、新日鐵化学(株)製)、アクリルブロック共重合体(商品名「ナノストレングス M52N」、アルケマ製)、製造例4で得られたゴム粒子分散エポキシ化合物を、表2に示す配合処方(配合割合)(単位:重量部)に従って混合し、80℃で1時間攪拌することでモノアリルジグリシジルイソシアヌレートを溶解させ、エポキシ樹脂(エポキシ樹脂組成物)を得た。
(K剤の製造:実施例13〜28)
硬化剤(酸無水物)と脂環式ポリエステル樹脂の混合物(商品名「HN−7200」、日立化成工業(株)製)、硬化促進剤(商品名「U−CAT 18X」、サンアプロ(株)製)、添加剤(商品名「エチレングリコール」、和光純薬工業(株)製)を、表2に示す配合処方(配合割合)に従って、自公転式攪拌装置(商品名「あわとり練太郎AR−250」、(株)シンキー製)を使用して均一に混合し、脱泡してK剤を得た。
(硬化性エポキシ樹脂組成物の製造)
表2に示す配合処方(単位:重量部)となるように、製造例5で得られたエポキシ樹脂、製造例6で得られたK剤を、自公転式攪拌装置(商品名「あわとり練太郎AR−250」、(株)シンキー製)を使用して均一に混合し、脱泡して硬化性エポキシ樹脂組成物を得た。
上記で得た硬化性エポキシ樹脂組成物を、図1に示す光半導体のリードフレーム(InGaN素子、3.5mm×2.8mm)に注型した後、120℃のオーブン(樹脂硬化オーブン)で5時間加熱し、硬化した樹脂(硬化物)で光半導体素子を封止した光半導体装置を得た。
(エポキシ樹脂の製造:実施例29〜43、比較例7〜11)
モノアリルジグリシジルイソシアヌレート(商品名「MA−DGIC」、四国化成工業(株))、脂環式エポキシ化合物(商品名「セロキサイド2021P」、(株)ダイセル製;商品名「EHPE3150」、(株)ダイセル製)、分子内に2個のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(商品名「X−40−2678」、信越化学工業(株)製)、分子内に3個のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(商品名「X−40−2720」、信越化学工業(株)製)、分子内に4個のエポキシ基を有するシロキサン誘導体(商品名「X−40−2670」、信越化学工業(株)製)、シリコーン系レベリング剤(商品名「BYK−300」、ビックケミー・ジャパン(株)製;商品名「AC FS 180」、Algin Chemie製)、フッ素系レベリング剤(商品名「BYK−340」、ビックケミー・ジャパン(株)製;商品名「AC 110a」、Algin Chemie製)、ポリカーボネートジオール(商品名「プラクセル CD220PL」、(株)ダイセル製)、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(商品名「PTMG2000」、三菱化学(株)製)、ポリカプロラクトンポリオール(商品名「プラクセル308」、(株)ダイセル製)、フェノキシ樹脂(商品名「YP−70」、新日鐵化学(株)製)、水酸基含有長鎖エポキシ樹脂(商品名「エポトートYD−6020」、新日鐵化学(株)製)、アクリルブロック共重合体(商品名「ナノストレングス M52N」、アルケマ製)、製造例4で得られたゴム粒子分散エポキシ化合物を、表3に示す配合処方(配合割合)(単位:重量部)に従って混合し(実施例29〜43の場合は、80℃で1時間攪拌することでモノアリルジグリシジルイソシアヌレートを溶解させた)、エポキシ樹脂(エポキシ樹脂組成物)を得た。
(脂環式ポリエステル樹脂の製造:実施例29〜43、比較例9〜11)
攪拌機、温度計及び還流冷却器を備えた反応容器に、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸(東京化成工業(株)製)172重量部、ネオペンチルグリコール(東京化成工業(株)製)208重量部、テトラブチルチタネート(和光純薬工業(株)製)0.1重量部を仕込んで、160℃になるまで加熱し、さらに160℃から250℃まで4時間かけて昇温した。次いで、1時間かけて5mmHgまで減圧し、さらに0.3mmHg以下まで減圧してから250℃で1時間反応させ、脂環式ポリエステル樹脂を得た。
(硬化性エポキシ樹脂組成物の製造)
表3に示す配合処方(単位:重量部)となるように、製造例7で得られたエポキシ樹脂、製造例8で得られた脂環式ポリエステル樹脂、硬化触媒(商品名「サンエイド SI−100L」、三新化学工業(株)製)を、自公転式攪拌装置(商品名「あわとり練太郎AR−250」、(株)シンキー製)を使用して均一に混合し、脱泡して硬化性エポキシ樹脂組成物を得た。
上記で得た硬化性エポキシ樹脂組成物を、図1に示す光半導体のリードフレーム(InGaN素子、3.5mm×2.8mm)に注型した後、120℃のオーブン(樹脂硬化オーブン)で5時間加熱し、硬化した樹脂(硬化物)で光半導体素子を封止した光半導体装置を得た。
実施例及び比較例で得られた光半導体装置について、以下の方法で評価試験を行った。
実施例及び比較例で得られた光半導体装置の全光束を全光束測定機を用いて測定し、これを「初期(0時間)の全光束(lm)」とした。さらに、85℃の恒温槽内で100時間、上記光半導体装置に60mAの電流を継続的に流した後の全光束を測定し、これを「100時間後の全光束(lm)」とした。そして、次式より光度保持率を算出した。結果を表1〜3の「光度保持率」の欄に示す。
{光度保持率(%)}
={100時間後の全光束(lm)}/{初期(0時間)の全光束(lm)}×100
実施例及び比較例で得られた光半導体装置(各硬化性エポキシ樹脂組成物につき2個用いた)を、30℃、70%RHの条件下で168時間静置して吸湿させた。次いで、上記光半導体装置をリフロー炉に入れ、下記加熱条件にて加熱した。その後、上記光半導体装置を室温環境下に取り出して放冷した後、再度リフロー炉に入れて同条件で加熱した。即ち、当該はんだ耐熱性試験においては、光半導体装置に対して下記加熱条件による熱履歴を二度与えた。
〔加熱条件(光半導体装置の表面温度基準)〕
(1)予備加熱:150〜190℃で60〜120秒
(2)予備加熱後の本加熱:217℃以上で60〜150秒、最高温度260℃
但し、予備加熱から本加熱に移行する際の昇温速度は最大で3℃/秒に制御した。
図2には、リフロー炉による加熱の際の光半導体装置の表面温度プロファイル(二度の加熱のうち一方の加熱における温度プロファイル)の一例を示す。
その後、光半導体装置の封止樹脂(硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物)に生じたクラックの長さを、デジタルマイクロスコープ(VHX−900、(株)キーエンス製)を使用して観察し、光半導体装置2個のうち長さが90μm以上のクラックを有する光半導体装置の個数を計測した。結果を表1〜3の「はんだ耐熱性試験」の欄に示す。
実施例及び比較例で得られた光半導体装置(各硬化性エポキシ樹脂組成物につき2個用いた)に対し、−40℃の雰囲気下に30分曝露し、続いて、100℃の雰囲気下に30分曝露することを1サイクルとした熱衝撃を、熱衝撃試験機を用いて200サイクル分与えた。その後、光半導体装置の封止樹脂(硬化性エポキシ樹脂組成物の硬化物)に生じたクラックの長さを、デジタルマイクロスコープ(VHX−900、(株)キーエンス製)を使用して観察し、光半導体装置2個のうち長さが90μm以上のクラックを有する光半導体装置の個数を計測した。結果を表1〜3の「熱衝撃試験」の欄に示す。
通電試験において光度保持率が90%以上であり、なおかつ、はんだ耐熱性試験と熱衝撃試験において共に、長さ90μm以上のクラックが生じた光半導体装置の個数が0個となったものを、総合判定○(良好)とした。これ以外のものを総合判定×(不良)とした。結果を表1〜3の「総合判定」の欄に示す。
[エポキシ樹脂]
CEL2021P(セロキサイド 2021P):3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(3,4−エポキシ)シクロヘキサンカルボキシレート、(株)ダイセル製
EHPE3150:2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−1−ブタノールの1,2−エポキシ−4−(2−オキシラニル)シクロヘキセン付加物、(株)ダイセル製
MA−DGIC:モノアリルジグリシジルイソシアヌレート、四国化成工業(株)製
X−40−2678:分子内に2個のエポキシ基を有するシロキサン誘導体、信越化学工業(株)製
X−40−2720:分子内に3個のエポキシ基を有するシロキサン誘導体、信越化学工業(株)製
X−40−2670:分子内に4個のエポキシ基を有するシロキサン誘導体、信越化学工業(株)製
[レベリング剤]
BYK−300:シリコーン系レベリング剤、ビックケミー・ジャパン(株)製
AC FS 180:シリコーン系レベリング剤、Algin Chemie製
BYK−340:フッ素系レベリング剤、ビックケミー・ジャパン(株)製
AC 110a:フッ素系レベリング剤、Algin Chemie製
[ポリオール化合物]
CD220PL(プラクセル CD220PL):ポリカーボネートジオール、(株)ダイセル製
PTMG2000:ポリテトラメチレンエーテルグリコール、三菱化学(株)製
プラクセル308:ポリカプロラクトンポリオール、(株)ダイセル製
YP−70:フェノキシ樹脂、新日鐵化学(株)製
エポトートYD−6020:水酸基含有長鎖エポキシ樹脂、新日鐵化学(株)製
[アクリルブロック共重合体]
M52N(ナノストレングス M52N):アクリルブロック共重合体、アルケマ製
[K剤]
MH−700(リカシッド MH−700):4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸/ヘキサヒドロ無水フタル酸=70/30、新日本理化(株)製
HN−7200:4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸と脂環式ポリエステル樹脂の混合物、日立化成工業(株)製
HN−5700:4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸/3−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸=70/30と脂環式ポリエステル樹脂の混合物、日立化成工業(株)製
U−CAT 18X:硬化促進剤、サンアプロ(株)製
エチレングリコール:和光純薬工業(株)製
[硬化触媒]
サンエイド SI−100L:アリールスルホニウム塩、三新化学工業(株)製
・樹脂硬化オーブン
エスペック(株)製、「GPHH−201」
・恒温槽
エスペック(株)製、「小型高温チャンバー ST−120B1」
・全光束測定機
米国オプトロニックラボラトリーズ製、「マルチ分光放射測定システム OL771」
・熱衝撃試験機
エスペック(株)製、「小型冷熱衝撃装置 TSE−11−A」
・リフロー炉
日本アントム(株)製、「UNI−5016F」
101:金属配線
102:光半導体素子
103:ボンディングワイヤ
104:透明封止樹脂
Claims (12)
- 前記脂環式エポキシ化合物(A)が、シクロヘキセンオキシド基を有する脂環式エポキシ化合物である請求項1又は2に記載の硬化性エポキシ樹脂組成物。
- 前記脂環式ポリエステル樹脂(D)が、主鎖に脂環を有する脂環式ポリエステル樹脂である請求項1〜4のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ樹脂組成物。
- さらに、ゴム粒子を含む請求項1〜5のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ樹脂組成物。
- さらに、シリコーン系レベリング剤及びフッ素系レベリング剤からなる群より選ばれた少なくとも1種のレベリング剤を含む請求項1〜6のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ樹脂組成物。
- さらに、ポリオール化合物を含む請求項1〜7のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ樹脂組成物。
- さらに、アクリルブロック共重合体を含む請求項1〜8のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ樹脂組成物。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ樹脂組成物を硬化してなる硬化物。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の硬化性エポキシ樹脂組成物からなる光半導体封止用樹脂組成物。
- 請求項11に記載の光半導体封止用樹脂組成物で光半導体素子を封止した光半導体装置。
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