(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板上に取り付け接続されて受光または発光する素子と、この素子を前記基板上で封止した透光性の樹脂封止体とを備え、前記樹脂封止体はカチオン重合系硬化触媒を用いたエポキシ樹脂であり、前記エポキシ樹脂が、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、脂環式エポキシの単独もしくはこの組み合わせの第一のエポキシ樹脂１００重量部に対し、第二のエポキシ樹脂であるポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル１〜１０重量部、平均粒径５〜５０ｎｍのシリカ２〜１０重量部、トリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンティモネート塩系硬化剤を１〜１０重量部含有したものであることを特徴とする光電子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特にファクシミリ、ワードプロセッサ、複写機の画像読み取り用イメージスキャナおよび表示装置等で使用される発光装置または受光装置に適用される光電子装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、画像読み取り用光源がファクシミリ、ワードプロセッサあるいは複写機のイメージスキャナ部等においてイメージセンサで画像情報を読む際に、読み取りたい原稿に光を照射するための光源として使用されている。またこの種の装置の光源として発光ダイオード光源が使用されている。
【０００３】
以下に従来の画像読み取り用光源の一例として、発光ダイオード光源について図４〜図６を参照して説明する。図４はこの発光ダイオード光源を使用した密着型イメージスキャナ部の要部断面図である。この密着型イメージスキャナ部は発光ダイオード光源１、原稿２、セルフォックレンズアレイ４、およびイメージセンサ５で構成されている。３は光軸である。この密着型イメージスキャナ部において原稿２上の読み取りラインに沿って発光ダイオード光源１から光が照射され原稿２からの反射光がセルフォックレンズアレイ４で集束されて同一直線上に配置されたイメージセンサ５へ導かれる。イメージセンサ５で受光されその微小画素に分解された画像情報が各画素濃度に対する電気信号として取り出される。
【０００４】
図５および図６はこの密着型イメージスキャナ部に用いられる発光ダイオード光源１を示す。図５はその斜視図、図６は図４のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。この発光ダイオード光源１は所定のパターンの導電体が形成されたプリント配線基板１０、発光ダイオードチップ１１、金属細線１２、その樹脂封止体１３および電流制限用抵抗体１９で構成される。プリント配線基板１０上の導電体１４の所定箇所に発光ダイオードチップ１１を取り付け金属細線１２で電気的接続を行い、かつプリント配線基板１０上に透明樹脂封止体１３で封止されている。電流制限用抵抗体１９は発光ダイオードチップ１１への供給電流を所定の値に制御するもので図５に示すように発光ダイオードチップ１１群に対応させてプリント配線基板１０上に取り付けられその導電体に接続されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来の発光ダイオード光源１に対して、市場では低価格化が求められるとともに、セットへの組み込み時等に、取り扱いに制約が少なく扱い易いものが求められている。そのため樹脂封止材料として発光ダイオードチップ１１からの光を効率よく取り出し、発光ダイオードチップ１１の数を最小限に押さえられるように透光性のよいものが求められている。
【０００６】
また、発光ダイオード光源１をセットへ取り付ける時、あるいは取り付け不具合によりセットから発光ダイオード光源１を取り外す時のプリント配線基板１０の屈曲、または製品の輸送、使用環境下における温度変化によるプリント配線基板１０と樹脂封止体１３の膨張収縮率差による剥離等に耐え得るよう柔軟性を有するシリコーン樹脂を採用しているのが一般的である。
【０００７】
しかし、シリコーン樹脂は樹脂硬度が低いため、発光ダイオード光源１を製造する際の製造工程の作業者による樹脂封止体１３への押圧、あるいはセットへの組み込み時の樹脂封止体１３への押圧等の外圧により発光ダイオードチップ１１や金属細線１２が変形・破壊されてしまうという欠点があった。
そのため発光ダイオード光源１の組み立て工程においても常に外圧が加わらないように管理する必要があり、組み立て工数のアップにつながっている。さらにシリコーン樹脂は他物質との接着力が弱く、プリント配線基板１０との剥離により発光ダイオードチップ１１や金属細線１２が破壊されるという不具合が発生する。また、シリコーン樹脂は価格的にも高価で実用的でないという欠点も有している。
【０００８】
シリコーン樹脂の代わりにエポキシ樹脂の採用も考えられるが、一般的な酸無水物系やアミン系エポキシ樹脂では硬度が高く柔軟性がないため、プリント配線基板１０の屈曲や膨張収縮差により樹脂の破壊・剥離が発生し、結果として発光ダイオードチップ１１や金属細線１２を破壊してしまうという不具合が発生している。また、エポキシ樹脂は２液混合タイプが一般的であり、時間の経過とともに粘度が変化するため短時間に使用する必要があり、工程構成上での課題があると同時に、粘度が上がり封止作業が困難となってしまったものについては廃棄せざるを得ないため材料のロスも大きくなってしまう。さらには、酸無水物硬化剤はエポキシ樹脂と１当量で配合し、熱硬化しても微量の未反応の硬化剤が残留するため発光ダイオードチップ１１を高温高湿環境下で通電させると外部から浸入した水分は未反応硬化剤を抽出しながら発光ダイオードチップ１１へ到達する。この未反応の硬化剤を含んだ水分は強酸性を示すことから高温高湿環境下での発光ダイオードチップ１１のＰ側電極の電極腐食を促進してしまい、電極部の腐食破壊による断線が発生してしまう。また、アミン系エポキシ樹脂は使用環境下において樹脂が変色して、発光ダイオードチップ１１からの光が効率よく取り出せないという課題を有していた。
【０００９】
この発明は、上記課題を解決するもので、外圧による発光ダイオードチップや金属細線の変形・破壊に強く、またプリント配線基板の屈曲・膨張収縮差による封止樹脂の破壊・剥離に強く、さらには電極の腐食防止に対しても有効で、組み立て容易で低価格な光電子装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の光電子装置は、基板と、この基板上に取り付け接続されて受光または発光する素子と、この素子を前記基板上で封止した透光性の樹脂封止体とを備え、前記樹脂封止体はカチオン重合系硬化触媒を用いたエポキシ樹脂であり、前記エポキシ樹脂が、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、脂環式エポキシの単独もしくはこの組み合わせの第一のエポキシ樹脂１００重量部に対し、第二のエポキシ樹脂であるポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル１〜１０重量部、平均粒径５〜５０ｎｍのシリカ２〜１０重量部、トリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンティモネート塩系硬化剤を１〜１０重量部含有したものであることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項１記載の光電子装置によれば、外圧、屈曲、膨張および収縮さらには電極腐食に対して強くなるので、外圧による発光ダイオードチップおよび金属細線の変形や破壊を防止でき、プリント配線基板の屈曲ならびに膨張や収縮の差による封止樹脂の破壊および剥離を防止でき、しかも電極腐食に対して信頼性の向上が実現できる。さらには組み立てが容易で低価格化への対応できる製品を提供することが可能となる。
【００１６】
なお、エポキシ樹脂１００重量部および硬化剤３重量部に対して、第二のエポキシ樹脂が０重量部でかつシリカが２重量部のとき断線し、また第二のエポキシ樹脂およびシリカが１２重量部のとき樹脂剥離が生じる。またエポキシ樹脂１００重量部、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルが４重量部およびシリカが６重量部において、硬化剤が０．５重量部のとき硬化不十分であり、硬化剤が１１重量部のとき断線する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施の形態の光電子装置である発光ダイオード光源における構造について図１および図２を参照しながら説明する。図１はこの実施の形態の斜視図、図２は図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。図１および図２において、２１はプリント配線基板、２２は発光ダイオードチップ、２３は金属細線、２４は透明樹脂封止体、２５は所定のパターンに形成された導電体、２６は電流制限用抵抗体で発光ダイオードチツプ２２への電流を所定の値に保持するためのものである。プリント配線基板２１は定尺シートをワークサイズに切断し、コストダウンのために多数個取りの構成としてそれぞれの配線回路パターンの導電体２５を同時に形成し、最後に所定の寸法に分割したものである。発光ダイオードチップ２２は各導電体２５の所定箇所に図１に示すように直線上に取り付けられることでその一方の電極が接続され、他方の電極は他の導電体２５′の所定箇所に金属細線２３で接続されている。発光ダイオードチップ２２とこの発光ダイオードチップ２２が電気的に接続された導電体２５および金属細線２３とは、プリント配線基板２１の主面上で透明樹脂封止体２４によって封止・保護されている。透明樹脂封止体２４は図１に示すようにプリント配線基板２１の屈曲に対してより強くなるように形状を従来の一体物から略半球状とし、カチオン重合系硬化触媒であるトリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンティモネート塩系硬化剤を採用している。そして、プリント配線基板２１の主面上で発光ダイオードチップ２２、および発光ダイオードチップ２２を電気的に接続する金属細線２３をその粘性流動を阻止した状態で封止・硬化させたものである。透明樹脂材料はプリント配線基板２１の屈曲・膨張収縮に耐えるとともに粘性流動を阻止した状態で所定の形状に封止・硬化できるチクソトロピック性の高いものであることが望ましい。このため、充填剤としてシリカを含有するのが好ましい。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
発明者は、表１に示す通り第一のエポキシ樹脂１００重量部に対し第二のエポキシ樹脂であるポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルの配合比を変化させて、プレッシャークッカーバイアス試験（条件Ｔａ＝１２１℃、２気圧、定格電圧通電、４８時間）を行った。なお、シリカについては、平均粒径５〜５０ｎｍのものを使用し、封止形状を維持できる量を添加した。硬化剤については有機溶媒に溶解したトリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンティモネート塩系硬化剤を３重量部配合した。
【００２３】
表１から明らかなように、第一のエポキシ樹脂とポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルの配合比はエポキシ樹脂１００重量部に対しポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルは１〜１０重量部が適切であり、さらに発光ダイオードチップ２２および金属細線２３を封止できる樹脂高さを有するチクソトロピック性を確保するためには平均粒径５〜５０ｎｍのシリカを２〜１０重量部添加することが必要であった。また調合後のエポキシ樹脂粘度は５０００〜３００００ｃｐｓであった。
【００２４】
なお、エポキシ樹脂はビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、脂環式エポキシの単独もしくはこの組み合わせによる確認を行ったがいずれも同様の結果が得られた。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
次に、硬化剤の配合比を確認するため表２に示す通り有機溶媒に溶解したトリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンティモネート塩系硬化剤の配合比を変化させて、プレッシャークッカーバイアス試験（条件Ｔａ＝１２１℃、２気圧、定格電圧通電、４８時間）を行ったところ表２の結果を得た。なお、その他の配合はエポキシ樹脂１００重量部、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル４重量部、シリカは平均粒径５〜５０ｎｍのものを６重量部とした。
【００２７】
表２から明らかなように、有機溶媒に溶解したトリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンティモネート塩系硬化剤の配合比は１〜１０重量部が適切である。なお、トリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンティモネート塩を溶解する溶媒は特に特性に関与しないことを確認した。
【００２８】
【表３】
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【００２９】
この実施の形態のカチオン重合系硬化触媒であるトリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンティモネート塩系硬化剤を使用した、エポキシ樹脂封止体２４を採用した発光ダイオード光源１を作成して、外圧による破壊試験を行ったところ、表３に示す通りの結果が得られた。なお、従来のシリコーン樹脂を採用した発光ダイオード光源の評価結果も併せて示す。
【００３０】
表３から明らかなように、カチオン重合系硬化触媒であるトリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンティモネート塩系硬化剤を使用したエポキシ樹脂封止体２４を採用した本発明品は、従来品に比べ外圧に対して顕著な効果が得られた。
【００３１】
【表４】
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【００３２】
また、各使用環境下におけるプリント配線基板２１の屈曲に対する樹脂封止体２４の破壊試験を行った。なお、酸無水物系のエポキシ樹脂を採用した発光ダイオード光源の評価結果も併せて示す。
表４から明らかなように、カチオン重合系硬化触媒であるトリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンティモネート塩系硬化剤を使用したエポキシ樹脂封止体２４を採用した本発明品は、従来品に比べ低・高温域において安定した特性を有する。
【００３３】
この評価結果は、柔軟性を持たせるためのポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル等の長鎖系の成分を配合することにより、ガラス転移温度が低下して可塑化し、外部応力に対する強度が高くなることによる。
【００３４】
【表５】
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【００３５】
つぎに寿命確認を行ったところ表５に示す通りの結果が得られた。なお、従来の酸無水物系のエポキシ樹脂を採用した発光ダイオード光源の評価結果も併せて示す。
表５から明らかなように、カチオン重合系硬化触媒であるトリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンティモネート塩系硬化剤を使用したエポキシ樹脂封止体を採用した本発明品は、従来品に比べ全ての寿命試験項目に対して安定した特性を有する。
【００３６】
一般的に発光ダイオードチップ封止樹脂材料として使用される酸無水物硬化剤はエポキシ樹脂と１当量で配合し、加熱硬化しても微量の未反応の硬化剤が残留する。こうした状況において発光ダイオードチップを高温高湿環境下で通電すると外部からの水分は未反応硬化剤を抽出しながら発光ダイオードチップへ到達する。この未反応硬化剤を含んだ水分は強酸性を示すことから高温高湿環境下での発光ダイオードチップのＰ側電極の電気的腐食を促進し、断線に至ってしまう。
【００３７】
この実施の形態によれば、硬化系は酸無水物硬化剤を使用しておらず、未反応硬化剤に起因する電極腐食は発生しない。また、各発光ダイオードチップ２２および金属細線２３の樹脂封止体２４としてポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、カチオン重合系硬化触媒であるトリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンティモネート塩系硬化剤を使用したエポキシ樹脂封止体を採用することで、外圧による発光ダイオードチップ２２および金属細線２３の変形や破壊、プリント配線基板２１の屈曲や膨張および収縮の差による封止樹脂の破壊および剥離がなく、組み立てが容易で低価格化への対応が可能な製品を提供することが可能となった。
【００３８】
さらに、カチオン重合系硬化触媒であるトリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンティモネート塩系硬化剤は活性化温度が高く、この硬化剤を使用したエポキシ樹脂は９０℃までは硬化反応が進まないため樹脂の一液化が可能であり、そのため組み立て工程の短縮化および工数削減が可能となり、さらなる価格低減が実現できる。
【００３９】
なお、以上の説明では発光ダイオードチップ２２を直線的に配置し、取り付けるよう構成した例で説明したが、図３に示すように発光ダイオードチップ２を封止した半球状の透明の樹脂封止体２４をマトリクス的に配置した表示装置についても、同様に実施可能である。また発光素子を発光ダイオードで構成した例で説明したが、レーザやＥＬ等の他の発光素子についても同様に実施可能である。そして受光装置についても実施可能である。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１記載の光電子装置によれば、外圧、屈曲、膨張および収縮さらには電極腐食に対して強くなるので、外圧による発光ダイオードチップおよび金属細線の変形や破壊を防止でき、プリント配線基板の屈曲ならびに膨張や収縮の差による封止樹脂の破壊および剥離を防止でき、しかも電極腐食に対して信頼性の向上が実現できる。さらには組み立てが容易で低価格化への対応できる製品を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態である発光ダイオード光源の斜視図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図３】この発明の他の実施の形態である表示装置の斜視図である。
【図４】従来のイメージスキャナの一例を示す断面図である。
【図５】その発光ダイオード光源の斜視図である。
【図６】そのＹ−Ｙ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
２１  プリント配線基板
２２  発光ダイオードチップ
２３  金属細線
２４  樹脂封止体
２５  導電体
２６  電流制限用抵抗体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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