CN103374228B - 热固化性硅酮树脂组合物、使用该组合物的led用反射器及光半导体装置 - Google Patents
热固化性硅酮树脂组合物、使用该组合物的led用反射器及光半导体装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明是一种LED的反射器用热固化性硅酮树脂组合物,其含有:(A)平均组成式(1)表示的有机聚硅氧烷;(B)通式(2)表示的有机氢聚硅氧烷及/或平均组成式(3)表示的有机氢聚硅氧烷;(C)加成反应催化剂;(D)选自氧化钛、氧5化锌、氧化镁、碳酸钡、硅酸镁、硫酸锌及硫酸钡的白色颜料;及(E)该(D)成分以外的无机填充剂。由此,提供一种热固化性硅酮树脂组合物,其可供给耐热、耐光性优异,向外部的漏光也较少,适合作为矩阵状反射器的固化物,R1 aR2 bR3 c(OR0)dSiO(4-a-b-c-d)/2(1),R7 eR8 fHgSiO(4-e-f-g)/2(3)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于成型LED用反射器的热固化性硅酮树脂组合物、使用此组合物而成的LED用反射器及光半导体装置。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode,LED)等光半导体元件,逐渐被用作街头显示器或汽车灯、住宅用照明等各种指示器或光源。目前大量使用聚邻苯二甲酰胺树脂(Polyphthalamide,PPA)等热可塑性树脂来作为LED用反射器材料。并且,最近也开始使用将酸酐作为固化剂的环氧树脂等热固化性树脂来作为反射器用材料。
于专利文献1~5、7~9中已经记载有可以使用硅酮树脂或环氧树脂等热固化性树脂来作为LED用反射器材料。并且,于专利文献6中记载有关于矩阵式反射器。
但是,由于作为最近的液晶电视的背光或通常照明用光源的LED元件的高辉度化快速发展,对LED的可靠性和耐久性等的要求也较严格,先前以来作为反射器使用的液晶聚合物或PPA(聚邻苯二甲酰胺)等热可塑性树脂、或环氧树脂等热固化性树脂,在同时接收到热与光的环境下,劣化较为激烈,树脂变色且光的反射率降低,因此产生无法使用的问题。
在专利文献1~3中,记载有环氧树脂或硅酮树脂,但没有关于树脂本身的详细描述。通常说到硅酮树脂,也是指在未固化的状态从液状变成固体,进一步固化后从凝胶状、橡胶状变成较硬的树脂状的树脂。
在固化后成为凝胶状的树脂难以作为反射器使用,但固化后成为橡胶状的树脂,可以将反射器成型。然而,存在以下问题:即便使用固化后成为橡胶状的树脂在金属框架上将表面构装矩阵式反射器单面成型,但弹性模量也较低,因此基板整体几乎未发生翘曲,然而,由于在室温下弹性模量较低,因此会因外力导致封装体或引线容易变形,引线接合(wire bond)断线,或在反射器与LED用密封材料的界面发生剥离或密封材料断裂等不良情况。
另一方面,存在以下问题:如果利用供给固化后为树脂状的较硬固化物的硅酮树脂来制造反射器,则弹性模量较高,因此基板整体较大地翘曲,而无法切割。因此,为了防止翘曲,通常采用为了使膨胀系数接近金属框架而大量填充无机质填充材料的处理方法。在此方法中,流动性降低,如果利用传递成型制造矩阵式反射器,则存在发生未填充的问题。
并且,通常经过固化的硅酮树脂本身与无机填充材料的折射率接近,因此当将反射器材料成型而获得的反射器的壁厚较薄时,会发生从发光元件发出的光向外部泄漏的不良情况。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2006-156704号公报
专利文献2:日本特开2007-329219号公报
专利文献3:日本特开2007-329249号公报
专利文献4:日本特开2008-189827号公报
专利文献5:日本特开2006-140207号公报
专利文献6:日本特开2007-235085号公报
专利文献7:日本特开2007-297601号公报
专利文献8:日本特开2009-21394号公报
专利文献9:日本特开2009-155415号公报
发明内容
本发明是有鉴于上述情况而完成,目的在于提供一种热固化性硅酮树脂组合物、利用该组合物而成型的LED用反射器、及使用该LED用反射器的光半导体装置,所述热固化性硅酮树脂组合物供给一种固化物,所述固化物的耐热、耐光性优异,向外部的漏光也较少,适合作为反射器、尤其适合作为矩阵状反射器。
为了解决上述课题,根据本发明,提供一种LED的反射器用热固化性硅酮树脂组合物,其特征在于,其含有:(A)由下述平均组成式(1)所表示,1分子中具有至少两个烯基的有机聚硅氧烷45~90质量份,
R1 aR2 bR3 c(OR0)dSiO(4-a-b-c-d)/2 (1)
(式中,R1为相互独立地不具有烯基及芳基的取代或未被取代的一价烃基,R2为芳基,R3为烯基,R0为氢原子、甲基及乙基中的任一个,a为0.4~1.0,b为0~0.5,c为0.05~0.5,d为0~0.5的数值,且为满足a+b+c+d=1.0~2.0的数值);
(B)1分子中具有至少两个直接与硅原子键合的氢原子的由下述通式(2)所表示的直链状有机氢聚硅氧烷及/或由下述平均组成式(3)所表示的支链状有机氢聚硅氧烷10~55质量份(其中,前述(A)成分及前述(B)成分总计为100质量份),
(式中,R4为相互独立地不具有烯基的取代或未被取代的一价烃基,R5为氢,n为1~10的整数)
R7 eR8 fHgSiO(4-e-f-g)/2 (3)
(式中,R7为相互独立地不含有烯基及芳基的取代或未被取代的一价烃基,R8为芳基,e为0.6~1.5,f为0~0.5,g为0.4~1.0的数值,且为满足e+f+g=1.0~2.5的数值);
(C)催化剂量的加成反应催化剂;
(D)选自氧化钛、氧化锌、氧化镁、碳酸钡、硅酸镁、硫酸锌及硫酸钡的白色颜料3~200质量份;及,
(E)前述(D)成分以外的无机填充剂100~1000质量份;
并且,在前述热固化性硅酮树脂组合物中所包含的1分子中具有至少两个直接与硅原子键合的氢原子的所有含氢原子的硅化合物中,前述(B)成分为70质量%以上。
这种LED的反射器用热固化性硅酮树脂组合物,成为一种热固化性硅酮树脂组合物,可供给耐热、耐光性优异,向外部的漏光也较少,适合作为反射器、尤其适合作为矩阵状反射器的固化物。
尤其,形成有使用这种热固化性硅酮树脂组合物而成型的矩阵状反射器的反射器基板,由于基板翘曲较少,因此可以容易进行搭载发光元件(LED元件),且容易进行密封之后的切割等,并且,切割后可以获得一种反射器表面或元件表面与密封树脂的剥离不佳状况得以被抑制的光半导体装置(LED装置)。
并且,前述(D)成分的平均粒径,优选为0.05~5μm。如果(D)成分的平均粒径在此范围内,则在组合物中的分散性进一步提高,并且光的反射特性也更优异。
并且,前述(E)成分的平均粒径,优选为1~20μm。如果(E)成分的平均粒径在此范围内,可以进一步减少漏光。
并且,本发明的LED的反射器用热固化性硅酮树脂组合物,优选为进一步含有(F)脱模剂。通过添加(F)成分,将提高成型时的脱模性,生产效率更优异。
并且,本发明的热固化性硅酮树脂组合物,优选为在室温下为固体。如果是固体,可以粉碎成适当的大小,作为固体材料,利用传递成型或压缩成型适当地将反射器成型。
并且,在本发明中,提供一种利用前述LED的反射器用热固化性硅酮树脂组合物而成型的LED用反射器。
将前述LED的反射器用热固化性硅酮树脂组合物成型而得的LED用反射器,耐热、耐光性优异,向外部的漏光也较少。
进一步,形成有使用所述热固化性硅酮树脂组合物而成型的矩阵式凹型反射器的反射器基板,优选为基板翘曲较少。
并且,在本发明中,提供一种光半导体装置,其特征在于:使用前述LED用反射器。
使用前述LED用反射器的光半导体装置,成为一种反射器表面或元件表面与密封树脂的剥离不佳状况得以被抑制的光半导体装置。
本发明的热固化性硅酮树脂组合物,成为一种热固化性硅酮树脂组合物,可供给耐热、耐光性优异,向外部的漏光也较少,适合作为反射器、尤其适合作为矩阵状反射器的固化物。
尤其,形成有使用这种热固化性硅酮树脂组合物而成型的矩阵状反射器的反射器基板,由于基板翘曲较少,因此可以容易进行搭载发光元件,并容易进行密封后的切割等,并且,切割后可以获得一种反射器表面或元件表面与密封树脂的剥离不佳状况得以被抑制的光半导体装置(LED装置)。
附图说明
图1中(A)是形成有使用本发明的热固化性硅酮树脂组合物而成型的矩阵式凹型反射器的反射器基板的立体图,(B)是使用该反射器基板所制造的光半导体装置的俯视图及剖面图。
图2中(A)是形成有使用本发明的热固化性硅酮树脂组合物而成型的矩阵式平面型反射器的反射器基板的俯视图,(B)是搭载和密封有发光元件的反射器基板的剖面图。
图3是使用本发明的热固化性硅酮树脂组合物而成型的单片型反射器的剖面图及俯视图。
其中,附图标记说明如下:
1矩阵式凹型反射器;1'矩阵式平面型反射器;2芯片焊垫;3发光元件(LED元件);4金线;5引线框架;6透明硅酮树脂;10矩阵式凹型反射器基板;10'矩阵式平面型反射器基板;100光半导体装置(LED装置);101单片型反射器;102引线框架。
具体实施方式
以下,更详细地说明本发明。
如上所述,先前以来一直在谋求一种可以供给耐热、耐光性优异,向外部的漏光也较少的固化物并用以将LED用反射器成型的反射器材料。
本发明者们为了达成上述目的而反复研究,结果发现一种LED的反射器用热固化性硅酮树脂组合物,作为LED用反射器材料较为有用,所述LED的反射器用热固化性硅酮树脂组合物的特征在于,其含有:(A)由下述平均组成式(1)所表示,1分子中具有至少两个烯基的有机聚硅氧烷45~90质量份,
R1 aR2 bR3 c(OR0)d(4-a-b-c-d)/2 (1)
(式中,R1为相互独立地不具有烯基及芳基的取代或未被取代的一价烃基,R2为芳基,R3为烯基,R0为氢原子、甲基及乙基中的任一个,a为0.4~1.0,b为0~0.5,c为0.05~0.5,d为0~0.5的数值,且为满足a+b+c+d=1.0~2.0的数值);
(B)1分子中具有至少两个直接与硅原子键合的氢原子的由下述通式(2)所表示的直链状有机氢聚硅氧烷及/或由下述平均组成式(3)所表示的支链状有机氢聚硅氧烷10~55质量份(其中,前述(A)成分及前述(B)成分总计为100质量份),
(式中,R4为相互独立地不具有烯基的取代或未被取代的一价烃基,R5为氢,n为1~10的整数)
R7 eR8 fHgSiO(4-e-f-g)/2 (3)
(式中,R7为相互独立地不含有烯基及芳基的取代或未被取代的一价烃基,R8为芳基,e为0.6~1.5,f为0~0.5,g为0.4~1.0的数值,且为满足e+f+g=1.0~2.5的数值);
(C)催化剂量的加成反应催化剂;
(D)选自氧化钛、氧化锌、氧化镁、碳酸钡、硅酸镁、硫酸锌及硫酸钡的白色颜料3~200质量份;及,
(E)前述(D)成分以外的无机填充剂100~1000质量份,
并且,在前述热固化性硅酮树脂组合物中所包含的1分子中具有至少两个直接与硅原子键合的氢原子的所有含氢原子的硅化合物中,前述(B)成分为70质量%以上。
以下,进一步详细地说明本发明。另外,在本说明书中,“室温”是无需加热及冷却的常温,通常表示5~35℃的温度。
<(A)有机聚硅氧烷>
(A)成分包含1分子中含有至少两个烯基的由下述平均组成式(1)所表示的有机聚硅氧烷。
R1 aR2 bR3 c(OR0)dSiO(4-a-b-c-d)/2 (1)
(式中,R1为相互独立地不具有烯基及芳基的取代或未被取代的一价烃基,R2为芳基,R3为烯基,R0为氢原子、甲基及乙基中的任一个,a为0.4~1.0,b为0~0.5,c为0.05~0.5,d为0~0.5的数值,且为满足a+b+c+d=1.0~2.0的数值。)
在上述式(1)中,R0为氢原子、甲基及乙基中的任一个。
R1优选为相互独立地不具有烯基及芳基的取代或未被取代的碳数1~10的一价烃基,尤其优选为碳数1~6的一价烃基。作为这种R1,可以列举:甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、辛基、壬基、及癸基等烷基;苄基、苯乙基、及苯丙基等芳烷基及以氟、溴、氯等卤原子、氰基等取代这些基团的氢原子的部分或全部的基团,例如氯甲基、氯丙基、溴乙基、及三氟丙基等卤素取代烷基及氰乙基等,优选甲基。
在上述式(1)中,优选为,R2为芳基,碳数为6~10,可以列举:例如苯基、甲苯基、二甲苯基、及萘基,优选苯基。尤其优选为,在上述式(1)中,b/(a+b+c+d)为0.1~0.5。
在上述式(1)中,R3为烯基,优选为碳数2~8,更优选为碳数2~6的烯基。作为这种R3,可以列举:乙烯基、烯丙基、丙烯基、异丙烯基、丁烯基、己烯基、环己烯基、及辛烯基等,其中,优选乙烯基或烯丙基。
本发明的热固化性硅酮树脂组合物中的(A)成分优选以树脂结构(即三维网状结构)的有机聚硅氧烷为主体。
树脂结构的有机聚硅氧烷为包含支链结构即三官能性硅氧烷单元及/或四官能性硅氧烷单元的有机聚硅氧烷。优选为包含R101SiO1.5单元、R100 kR101 pSiO单元及R100 qR101 rSiO0.5单元(在前述式中,R100为乙烯基或烯丙基,R101为与上述R1及R2(优选为苯基)同样的基团;k为0或1,p为1或2的整数,其中k+p=2,q为1~3的整数,r为0~2的整数,其中q+r=3)的有机聚硅氧烷。
当将R101SiO1.5单元设为T单元,将R100 kR101 pSiO单元设为D单元,将R100 qR101 rSiO0.5单元设为M单元时,树脂结构的有机聚硅氧烷优选以摩尔比(D+M)/T=0.01~1,优选0.1~0.5,M/T=0.05~3,优选0.1~0.5的量来构成。并且,该有机聚硅氧烷优选为利用GPC测定的聚苯乙烯换算重均分子量在500~10,000的范围内。
除上述T单元、D单元及M单元以外,树脂结构的有机聚硅氧烷也可以进一步少量含有其他二官能性硅氧烷单元、三官能性硅氧烷单元及四官能性硅氧烷单元。
树脂结构的有机聚硅氧烷是以上述摩尔比来组合作为上述T单元、D单元及M单元的单元源的化合物,例如,可以通过在酸的存在下进行双水解反应而容易地合成。
并且,硅烷醇量较理想为2%以上。
可以使用苯基三氯硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、环己基三氯硅烷、环己基三甲氧基硅烷、环己基三乙氧基硅烷、环戊基三氯硅烷、正丙基三氯硅烷、甲基三氯硅烷、甲基三甲氧基硅烷、及甲基三乙氧基硅烷等来作为T单元源。
可以使用下述化合物来作为D单元源。
可以使用下述化合物来作为M单元源。
树脂结构的有机聚硅氧烷具有改善固化物的物理强度的效果。优选为在(A)成分中以20~100质量%调配该树脂结构的有机聚硅氧烷,更优选为50~100质量%。
如果树脂结构的有机聚硅氧烷的调配量为20~100质量%,则作为反射器的形状保持性更优异。
并且,为了提高与后述无机填充材料表面的润湿性,此有机聚硅氧烷优选至少含有0.01质量%以上的与硅键合的羟基(Si-OH)。如果是0.01质量%以上,则与无机填充材料的润湿性提高,即使在高湿、高温下强度也较优异。进一步优选为,与硅键合的羟基为0.05质量%以上。
并且,为了在固化物中谋求适度的可挠性或低弹性化,除上述树脂结构的有机聚硅氧烷以外,也可以适时调配下述有机聚硅氧烷。
作为上述树脂结构的有机聚硅氧烷的其他有机聚硅氧烷,可以列举主链重复包含二有机硅氧烷单元(R2SiO2/2单元),且具有分子链两末端以三有机硅氧烷基(R3SiO1/2单元)封闭的直链状结构的有机聚硅氧烷(在所述式中,R表示与R1、R2或R3相同的基团)。
其中,从作业性及固化性等观点来看,优选为,由下述式(4)所表示的两末端具有各1个以上的乙烯基的直链状有机聚硅氧烷,25℃下的粘度为10~1,000,000mPa·s,优选为1,000~50,000mPa·s。粘度可以利用例如旋转粘度计测定。
(式中,R1及R2如上所述,R9与所述R1或R2相同,g'为1、2或3的整数。)
在上述式(4)中,x、y及z为满足1≤x+y+z≤1,000的0或正整数,优选为5≤x+y+z≤500,更优选为30≤x+y+z≤500,其中为满足0.5<(x+y)/(x+y+z)≤1.0的整数。
作为这种由上述式(4)所表示的有机聚硅氧烷,具体可以列举下述化合物。
(在上述式中,x、y及z如上所述)
作为具有如上所述的直链状结构的有机聚硅氧烷的添加量,优选为0~80质量份,尤其优选为0~50质量份。
相对于(A)及后述(B)成分总计100质量份,(A)成分的调配量为45~90质量份,优选为60~90质量份。
<(B)有机氢聚硅氧烷>
(B)成分的有机氢聚硅氧烷,在1分子中具有至少两个直接与硅原子键合的氢原子,并作为交联剂发挥作用,分为直链状及支链状两种。通过该(B)成分中的氢硅烷基(hydrosilyl group)与(A)有机聚硅氧烷中的烯基进行加成反应来形成交联结构。并且,(B)成分可以配合要求的特性单独使用一种,也可以将两种以上组合使用。
在(B)成分中,直链状有机氢聚硅氧烷是以下述通式(2)表示。
式中,R4为相互独立地不具有烯基的取代或未被取代的一价烃基,R5为氢,n为1~10的整数,优选为1~4的整数。如果(B)成分的n为0,则在加热固化时可能会挥发而固化不良;即使超过10,交联效率可能也会降低。
在上述式(2)中,R4为相互独立地不具有烯基的取代或未被取代的一价烃基,优选为,碳数1~10,尤其优选为,碳数1~6。作为这种R4,可以列举:甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、辛基、壬基、及癸基等烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、及萘基等芳基;苄基、苯乙基、及苯丙基等芳烷基及以氟、溴、氯等卤原子、氰基等取代这些基团的氢原子的部分或全部的基团,例如氯甲基、氯丙基、溴乙基、及三氟丙基等卤素取代烷基及氰乙基等,优选甲基、苯基。并且,优选为,R4的10摩尔%以上为苯基。
这种直链状有机氢聚硅氧烷可以利用公知方法制备,并可以通过例如在强酸催化剂的存在下,使包含SiH基的硅氧烷与二烷氧基硅烷进行酸平衡化来合成。
作为这种直链状有机氢聚硅氧烷,可以列举下述式所表示的化合物。
(式中,n如上所述。)
在(B)成分中,支链状有机氢聚硅氧烷以下述平均组成式(3)表示。
R7 eR8 fHgSiO(4-e-f-g)/2 (3)
(式中,R7为相互独立地不含有烯基及芳基的取代或未被取代的一价烃基。R8为芳基,e为0.6~1.5,f为0~0.5,g为0.4~1.0的数值,且为满足e+f+g=1.0~2.5的数值。)
在上述式(3)中,R7为不包含烯基及芳基,优选碳数1~10,尤其优选碳数1~7的一价烃基。作为这种R7,可以列举:甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、辛基、壬基、及癸基等烷基;及,氯甲基、氯丙基、溴乙基、及三氟丙基等卤素取代烷基及氰基乙基等。
在上述平均组成式(3)中,优选为,R8为芳基,碳数为6~10,可以列举:苯基、甲苯基、二甲苯基、及萘基,优选为苯基。并且,e为0.6~1.5,f为0~0.5,g为0.4~1.0的数值,其中为满足e+f+g=1.0~2.5的数值。并且,优选为,f/(e+f+g)为0.05以上,尤其优选为0.1以上。
分子中氢硅烷基的位置并无特别限制,可以为分子链的末端也可以为中间。
作为这种支链状有机氢聚硅氧烷,可以列举:甲基三二甲基氢化硅氧基化硅烷、苯基三二甲基氢化硅氧基化硅烷、1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷、两末端以三甲基硅氧烷基封闭的甲基氢聚硅氧烷、两末端以三甲基硅氧烷基封闭的二甲基硅氧烷/甲基氢硅氧烷共聚物、两末端以二甲基氢硅氧烷基封闭的二甲基硅氧烷/甲基氢硅氧烷共聚物、两末端以三硅氧烷基封闭的甲基氢硅氧烷/二苯基硅氧烷共聚物、两末端以三甲基硅氧烷基封闭的甲基氢硅氧烷/二苯基硅氧烷/二甲基硅氧烷共聚物、由(CH3)2HSiO1/2单元及SiO4/2单元组成的共聚物、及由(CH3)2HSiO1/2单元、SiO4/2单元及(C6H5)SiO3/2单元组成的共聚物等。
这种支链状有机氢聚硅氧烷可以利用公知方法制备,并可以通过将例如由RSiHCl2、R3SiCl、R2SiCl2、及R2SiHCl(在所述式中,R表示与上述R7或R8相同的基团)所表示的氯硅烷水解,或使用强酸催化剂将水解所获得的硅氧烷平衡化来获得。
(B)成分所表示的有机氢聚硅氧烷以上述通式(2)及通式(3)表示,在本发明中,可以分别单独使用,或混合使用。优选为,上述通式(2)及通式(3)所表示的化合物的优选的使用比例为0:100~60:40,更优选为10:90~50:50。
相对于(A)及(B)成分总计100质量份,(B)成分的调配量为10~55质量份,优选为10~40质量份。(B)成分的调配量为(A)成分的固化有效量,且优选为,相对于(A)成分中的烯基1当量,(B)成分中的氢硅烷基的总计当量为0.5~4.0当量,尤其优选为0.8~2.0当量,进一步优选为0.9~1.5当量。如果是0.5~4.0当量的范围,则固化特性更优异。
并且,除(B)成分以外,本发明的热固化性硅酮树脂组合物可以包含1分子中具有至少两个直接与硅原子键合的氢原子的含氢原子的硅化合物,在本发明的热固化性硅酮树脂组合物中所包含的1分子中具有至少两个直接与硅原子键合的氢原子的所有含氢原子的硅化合物中,(B)成分的调配量需要为70质量%以上。
在(A)成分及(B)成分的总计质量中,本发明的热固化性硅酮树脂组合物的芳基的含量优选为10~60质量%,尤其优选为15~60质量%。作为该芳基,可以列举:苯基、甲苯基、二甲苯基、及萘基等,其中,优选为苯基。在芳基为10质量%以上、60质量%以下时,由于不用担心所获得的光半导体装置的可靠性变差,因此优选。
使用先前的硅酮树脂或环氧树脂所生产的反射器封装体(反射器基板)因硅酮树脂等固化时的应力而翘曲,而无法以模封阵列封装(Mold Array Package,MAP)方式进行后续的LED元件的搭载、引线接合及切割等工序。
为了减少这种反射器基板的翘曲,在用以将本发明的LED用反射器成型的热固化性硅酮树脂组合物中,通过改变作为主剂的(A)成分的有机聚硅氧烷、或作为(B)成分的由上述通式(2)及上述平均组成式(3)所表示的有机氢聚硅氧烷的混合比,能以玻璃转移温度(Tg)为分界来调整固化物的弹性模量比(玻璃转移温度以上的弹性模量/玻璃转移温度以下的弹性模量)。
尤其优选为,本发明的热固化性硅酮树脂组合物的固化物的玻璃转移温度(Tg)-25℃下的弹性模量与玻璃转移温度(Tg)+25℃下的弹性模量的比率(Tg+25℃下的弹性模量/Tg-25℃下的弹性模量)为2.0~5.0。
如果上述弹性模量比为2.0以上,则为玻璃转移温度以上,不用担心固化物过于柔软而无法维持机械强度;如果是5.0以下,则不用担心玻璃转移温度以上的区域中的弹性模量过高而翘曲变大。
<(C)加成反应催化剂>
(C)成分的加成反应催化剂是为了促进上述(A)成分及(B)成分的加成反应而调配的。加成反应催化剂可以使用铂系、钯系及铑系,但从成本等观点来看,优选为铂族金属系催化剂。作为铂族金属系催化剂,可以列举:例如H2PtCl6·mH2O、K2PtCl6、KHPtCl6·mH2O、K2PtCl4、K2PtCl4·mH2O、及PtO2·mH2O(m为正整数)。并且,可以使用所述铂族金属系催化剂与烯烃等碳化氢、乙醇或含乙烯基的有机聚硅氧烷的络合物等。上述催化剂可以单独使用,也可以为两种以上的组合。
催化剂只要以所谓的催化剂量调配即可。当使用铂族金属系催化剂时,相对于所述(A)及(B)成分的总量100质量份,以铂族金属换算(质量),优选为0.0001~0.2质量份,更优选为0.0001~0.05质量份。
<(D)白色颜料>
(D)成分为选自氧化钛、氧化锌、氧化镁、碳酸钡、硅酸镁、硫酸锌、及硫酸钡的白色颜料。(D)成分的白色颜料是作为白色着色剂,为了提高白度,提高反射效率而调配。平均粒径或形状也无限定,但优选为利用激光衍射法的粒度分布测定中的质量平均值D50(或中径)的平均粒径为0.05~5.0μm的颜料。这些可以单独使用或并用数种。在上述颜料中,优选为二氧化钛,此二氧化钛的单元晶格可以为金红石(rutile)型、锐钛(anatase)型、及板钛(brookite)型中的任一种。
为了提高与树脂或无机填充剂的相溶性、分散性,上述二氧化钛可以利用Al或Si等水合氧化物(hydrous oxide)等预先进行表面处理。
相对于上述(A)成分及上述(B)成分的总计100质量份,白色颜料的调配量为3~200质量份,更理想为5~150质量份。在未达3质量份时,可能会无法获得充分的白度。并且,如果超过200质量份,则为了提高机械强度而添加的其他成分的比例变少,而且成型性可能会显著降低。另外,优选为,相对于本发明的热固化性硅酮树脂组合物整体,此白色颜料为1~50质量%,尤其优选为3~30质量%的范围。
<(E)无机填充剂>
在本发明的热固化性硅酮树脂组合物中,为了固化物的低膨胀化或提高强度,添加所述(D)成分以外的无机填充材料来作为(E)成分。其中,由于本发明的热固化性硅酮树脂组合物是用以将LED用反射器成型,因此由LED发出的光不能透过反射器而泄漏至外部。并且,照射到反射器的壁上的光需要尽可能多地反射并射出至反射器外部。
当使用硅酮树脂组合物来作为反射器用的树脂时,反射器的壁的厚度与填充材料的粒径也有关系,相对于壁厚,使填充材料的最大粒径为1/2以下,由此可以减少漏光。因此,优选为,(E)成分的无机填充剂为具有反射器的壁厚的1/2以下的粒径的无机填充材料。由于反射器的壁厚一般多为100μm以下,因此作为最大粒径,较理想为50μm以下,优选为,平均粒径为1~20μm。更优选为1~10μm。如果平均粒径为20μm以下,那么漏光更少;如果是1μm以上,则组合物的成型性、作业性进一步提高。并且,优选为,超过50μm的粒子的含量为1质量%以下。
另外,平均粒径可以作为利用激光衍射法的粒度分布测定中的质量平均值D50(或中径)来求出。
作为满足如上所述的条件的(E)成分的无机填充材料,可以列举:例如细粉二氧化硅、细粉氧化铝、熔融二氧化硅、结晶性二氧化硅、方英石、氧化铝、硅酸铝、硅酸钛、氮化硅、氮化铝、氮化硼、及三氧化锑等。也可以进一步使用玻璃纤维、硅灰石(wollastonite)等纤维状无机填充材料。其中,优选为熔融二氧化硅、结晶性二氧化硅。
相对于(A)及(B)成分总计100质量份,无机填充剂的填充量为100~1000质量份,尤其理想为600~950质量份。在未达100质量份时,可能无法获得充分的强度,或固化物的热膨胀变大;如果超过1000质量份,因增粘而引起的未填充不良或可挠性丧失,由此可能产生元件内的剥离等不良情况。另外,优选为,相对于热固化性硅酮树脂组合物整体,此无机填充剂为10~90质量%,更优选为20~80质量%的范围。
<(F)脱模剂>
优选为,在本发明的热固化性硅酮树脂组合物中,调配脱模剂。
通过添加(F)成分,可以提高成型时的脱模性,并提高作业性。作为脱模剂,例示天然蜡、酸蜡、聚乙烯蜡、及脂肪酸蜡等合成蜡。具体例示RIKESTAR EW440A(理研维他命股份有限公司(Riken Vitamin Co.,Ltd.)制造)等。优选为,相对于(A)及(B)成分的总计100质量份,(F)成分的调配量为0.01~3.0质量份,尤其优选为0.05~1.0质量份。
<其他添加剂>
在本发明的热固化性硅酮树脂组合物中,可以添加各种添加剂。
例如,为了提高保存稳定性,可以调配反应抑制剂。可以为抑制由上述铂族金属系催化剂促进的加成反应的公知反应抑制剂中的任一种,例如可以列举:如四甲基四乙烯基环四硅氧烷的高度含有乙烯基的有机聚硅氧烷、乙烯基硅烷、三烯丙基异氰脲酸酯、烷基马来酸酯、乙炔醇类及其硅烷改性物及硅氧烷改性物、氢过氧化物(hydroperoxide)、四甲基乙二胺、苯并三唑(benzotriazole)及选自由这些混合物组成的群的化合物等。反应控制剂可以单独使用一种,也可以将两种以上组合使用。较理想为,每(A)及(B)成分总计100质量份,反应控制剂的调配量为0.001~5质量份的范围,更理想为0.005~1质量份的范围。
并且,在本发明的热固化性硅酮树脂组合物中,可以调配增粘剂。作为增粘剂,可以列举:乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、N-2(氨乙基)3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2(氨乙基)3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-2(氨乙基)3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、N-苯基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷等、或三甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷及其低聚物等。这些增粘剂可以单独使用,也可以将两种以上混合使用。优选为,相对于(A)及(B)成分的总计100质量份,该增粘剂以0.001~10质量份的量调配,尤其优选为,以0.01~5质量份的量调配。
并且,为了改善树脂的性质,可以添加调配各种硅粉末、热可塑性树脂、热可塑性弹性体、及有机合成橡胶等添加剂。
<热固化性硅酮树脂组合物的制造方法>
作为本发明的热固化性硅酮树脂组合物的制造方法,可以通过以特定组成比调配(A)成分、(B)成分、(C)成分、(D)成分及(E)成分,利用搅拌机等将其充分均匀混合而获得。室温下为固体的组合物可以以特定组成比调配(A)成分、(B)成分、(C)成分、(D)成分及(E)成分,利用搅拌机等将其充分均匀混合,然后利用热轧辊、捏合机及挤压机等进行熔融混合处理,接着使其冷却固化,粉碎为适当大小,从而制得室温下为固体的热固化性硅酮树脂组合物。
<LED用反射器>
本发明的热固化性硅酮树脂组合物是用以将LED用反射器成型的热固化性硅酮树脂组合物,但作为该LED用反射器的最通常的成型方法,可以列举传递成型法或压缩成型法。
利用传递成型法的反射器的成型是使用传递成型机,优选为,在成型压力5~20N/mm2,成型温度120~190℃下以成型时间30~500秒进行,尤其优选为,在成型温度120~160℃下以成型时间30~300秒进行。
利用压缩成型法的反射器的成型是使用压缩成型机,优选为,在成型温度120~190℃下以成型时间30~600秒进行,尤其优选为,在成型温度120~160℃下以成型时间120~420秒进行。
并且,在任一成型法中,可以在150~200℃下进行后固化1~20小时。
如图1中(A)所示,可以制造形成有使用上述本发明的热固化性硅酮树脂组合物而成型的矩阵式凹型反射器1的反射器基板10。并且,如图2中(A)所示,可以制造形成有使用上述本发明的热固化性硅酮树脂组合物而成型的矩阵式平面型反射器1'的反射器基板10'。
<光半导体装置>
可以使用上述LED用反射器,制造光半导体装置。
具体来说,当使用图1所示的形成有矩阵式凹型反射器1的反射器基板10时,在割断该矩阵状反射器基板10之前,使用硅酮芯片粘合剂(LPS-8445S信越化学工业公司(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.)制造),将发光元件3(LED元件)固定于反射器基板10的各个凹部(元件搭载区域)上存在的芯片焊垫(die pad)2上,在150℃下加热1小时,由此粘附发光元件3。之后,以金线4电性连接发光元件3与引线框架5。之后,利用灌封(potting)将调配有透明的硅酮树脂(LPS5547信越化学工业公司制造)或荧光体等的透明硅酮树脂6等流入反射器基板10的凹部中,在80℃下加热固化1小时,进一步在150℃下加热固化2小时,由此进行密封。透明硅酮树脂6的密封也可以利用灌封的方法、或传递成型或压缩成型等密封方法同时形成为晶体(lens)形状等。
当使用图2中(A)所示的形成有矩阵式平面型反射器1'的反射器基板10'时,在割断反射器基板10'之前,使用硅酮芯片粘合剂(LPS-8445S信越化学工业公司制造),将发光元件(LED元件)3,固定于反射器基板10'上存在的各个芯片焊垫2上,并在150℃下加热1小时,由此粘附发光元件(LED元件)3。之后,以金线4电性连接发光元件3与引线框架5。之后,利用传递成型或压缩成型等,在120℃下3分钟的固化条件下,将调配有透明的硅酮树脂(LPS-5538信越化学工业公司制造)或荧光体等的透明硅酮树脂6等成型密封为晶体形状,进一步在150℃下加热固化2小时。在图2中(B)中,绘示搭载发光元件3而密封的反射器基板10'的C-C'剖面图。
之后,搭载任一发光元件而密封的反射器基板10、10'也可以利用切割、激光加工、水射流(water jet)加工等割断,进行单片、单体化,从而获得光半导体装置。在图1中(B)中,绘示对在凹部搭载和密封有发光元件的反射器基板10进行切割而获得的光半导体装置100的俯视图及剖面图。
另外,即便使用本发明的热固化性硅酮树脂组合物,将图3所示的单片型反射器101成型也没有任何问题。102表示引线框架。
由于使用利用本发明的热固化性硅酮树脂组合物而成型的LED用反射器,从而反射器表面与作为密封树脂的透明硅酮树脂的粘着变得牢固,且也不存在因反射器表面的光而引起的劣化,因此光半导体装置(LED装置)的可靠性显著提高。
实施例
以下,示出实施例及比较例,具体说明本发明,但本发明并不限定于下述实施例。另外,在下述记载中,份表示质量份。
实施例、比较例中使用的原料示于以下。
<(A)含有烯基的有机聚硅氧烷>
(合成例1)有机聚硅氧烷(A-1)的合成
在烧瓶中加入二甲苯1000g、水5014g,并滴入混合有苯基三氯硅烷2285g(10.8mol)、乙烯基二甲基氯硅烷326g(2.70mol)及二甲苯1478g的混合物。滴入结束后搅拌3小时,进行废酸分离并水洗。共沸脱水后加入KOH6g(0.15mol),在150℃下彻夜进行加热回流。以三甲基氯硅烷27g(0.25mol)、醋酸钾24.5g(0.25mol)中和并过滤后,减压蒸馏除去溶剂,合成透明且室温下为固体的有机聚硅氧烷(A-1)。乙烯基当量为0.0013mol/g,羟基含量为0.01质量%。软化点为65℃。
(合成例2~4)有机聚硅氧烷(A-2)~(A-4)的合成
在与合成例1相同的调配、条件下进行水解,共沸脱水后投入表1所记载的量的KOH,进行加热回流、中和处理,获得有机聚硅氧烷(A-2、A-3、A-4)。结果示于表1。
表1
(合成例5)有机聚硅氧烷(A-5)的合成
在烧瓶中加入二甲苯1000g、水5014g,并滴入混合有苯基三氯硅烷2285g(10.8mol)、二甲基二氯硅烷300g(2.3mol)、甲基乙烯基二氯硅烷100g(0.72mol)、乙烯基二甲基氯硅烷326g(2.70mol)及二甲苯1478g的混合物。滴入结束后搅拌3小时,进行废酸分离并水洗。共沸脱水后加入KOH0.5g(0.0125mol),在150℃下彻夜进行加热回流。以三甲基氯硅烷27g(0.25mol)、醋酸钾24.5g(0.25mol)中和并过滤后,减压蒸馏除去溶剂,合成透明且室温下为高粘度的有机聚硅氧烷(A-5)。乙烯基当量为0.0018mol/g。
使用由下述平均组成式所表示的直链状硅氧烷来作为有机聚硅氧烷(A-6)。
直链状硅氧烷(A-6)平均组成式:
CH2=CH-Si(CH3)2O-(-Si(CH3)2O-)35-(Si(CH3)(CH=CH2)O-)5-(Si(CH3)(C6H6)O-)10-Si(CH3)2-CH=CH2
乙烯基当量为0.0015mol/g。
<(B)有机氢聚硅氧烷>
使用下述结构的有机氢聚硅氧烷来作为交联材料。另外,下述有机氢聚硅氧烷(B-2)是除本发明的(B)成分以外的1分子中具有至少两个直接与硅原子键合的氢原子的含氢原子的硅化合物。
有机氢聚硅氧烷(B-1):
0.00377mol/g
(n1=2.0(平均值),X:氢原子,SiH基当量为0.403,Ph表示苯基)
有机氢聚硅氧烷(B-2)
0.0069mol/g
有机氢聚硅氧烷(B-3)
0.0076mol/g
<(C)加成反应催化剂>
使用氯铂酸的辛醇改性溶液(铂浓度2质量%)来作为加成反应催化剂,。
<(D)白色颜料>
(1)氧化钛:金红石型平均粒径0.28μm(CR-95:石原产业股份有限公司(IshiharaSangyo Co.,Ltd.)制造)
(2)氧化锌(三井矿业冶炼股份有限公司(Mitsui Mining&Smelting Co.,Ltd.)制造)
(3)氧化镁(和光化学股份有限公司(Wako Chemicals Co.,Ltd.)制造平均粒径10um)
(4)碳酸钡(和光化学股份有限公司制造纯度99%)
(5)硫酸钡(和光化学股份有限公司制造)
(6)硅酸镁(岸田化学股份有限公司(Kishida Chemical Co.,Ltd.)制造纯度90%)
<(E)无机填充剂>
使用下述无机填充剂。
熔融球状二氧化硅A:粒径50μm以上的为0.1%,平均粒径10μm,折射率1.43
熔融球状二氧化硅B:粒径5μm以上的为0.5%,平均粒径1.5μm,折射率1.43
熔融球状二氧化硅C:粒径50μm以上的为20%,平均粒径19μm,折射率1.43
球状方英石:粒径50μm以上的为0.1%,平均粒径8μm,折射率1.52
铝硅酸盐:粒径50μm以上的为0.5%,平均粒径15μm,折射率1.65
硅灰石
中空二氧化硅:粒径30μm以上的为2.3%,平均粒径12μm
<反应抑制剂>
使用下述式所表示的乙炔醇化合物来作为反应抑制剂。
<脱模剂>
使用下述脱模剂来作为脱模剂。
RIKESTAR EW440A(理研维他命股份有限公司制造)
<增粘剂>
使用下述式所示的增粘剂(H-1)来作为增粘剂。
(式中,h为2,j为1,s为3,t为6,u为9。)
(实施例1~15、比较例1~5)
以表2、3及4中所示的调配量(质量份),调配上述(A)~(E)、反应控制材料、脱模剂及增粘剂,并利用双辊加以混揉,获得白色热固化性硅酮树脂组合物。另外,实施例1~15包含本发明的(A)~(E)成分。
表2
表3
表4
使用实施例1~15、比较例1~5中所获得的热固化性硅酮树脂组合物测定以下各特性。结果示于表5。成型全部利用传递成型机,在成型温度175℃、成型压力6.9N/mm2、成型时间180秒的条件下进行。
<螺旋流量值>
使用依据EMMI标准的金属模具,在成型温度175℃、成型压力6.9N/mm2、成型时间120秒的条件下进行。
<熔融粘度>
使用高化式流量测试仪,在25kgf的加压下,使用直径1mm的喷嘴,在温度150℃下测定粘度。
<弯曲弹性模量>
使用依据JIS-K6911标准的金属模具,在成型温度175℃、成型压力6.9N/mm2、成型时间120秒的条件下成型,之后在50℃及120℃下测定在150℃下后固化2小时的试片的弯曲弹性模量。弯曲弹性模量比是150℃与50℃的测定值的比率。
<透光率>
在成型温度175℃、成型压力6.9N/mm2、成型时间120秒的条件下,制成边长50mm、厚度0.35mm的正方形的固化物,使用SDG股份有限公司(SDG Co.,Ltd.)制造的X-rite8200测定450nm的光反射率。
<翘曲测定>
如图1中(A)所示,使用整面经过镀银的铜引线框架作为引线框架5,在下述成型条件下,利用实施例1~15及比较例1~5中所制造的热固化性硅酮树脂组合物将矩阵式凹型反射器1传递成型(在表面经过镀银的铜基板上,以密封材料的厚度1mm、长38mm、宽16mm成型),制作矩阵式凹型反射器基板10。成型条件如下所述。成型温度:170℃、成型压力:70Kg/cm2、成型时间:3分钟
进一步在170℃下进行2小时的后固化。
反射器基板10的翘曲是在树脂侧对角线的两个方向上测定经过后固化的上述反射器基板10,并以平均值表示。
表5
表6
(实施例16)
其次,如图1所示,在使用实施例1、3、5的热固化性硅酮树脂组合物所制造的矩阵式凹型反射器基板10的各自的凹状的底边所露出的引线框架5上,利用硅酮芯片粘合剂(品名:LPS-8445S、信越化学股份有限公司制造)粘着固定蓝色LED元件3,以金线4与另一引线框架5电性连接。之后,将硅酮密封剂6(LPS-5547:信越化学股份有限公司制造)分别注入已配置有LED元件3的凹部中,在80℃下固化1小时,进一步在150℃下固化1小时并密封。并且,使用比较例1、5的热固化性硅酮树脂组合物,进行同样的工序。
通过切割完成密封工序的矩阵式凹型反射器基板10来进行单片化,但使用比较例1、5的热固化性硅酮树脂组合物的矩阵式凹型反射器基板的翘曲较大,而无法割断。另一方面,使用实施例1、3、5的热固化性硅酮树脂组合物的矩阵式凹型反射器基板的翘曲得以被抑制,从而可以容易地进行切割。
使用5个LED装置,在25℃/80%的环境中放置48小时后,在260℃的回流炉中通过3次,所述LED装置是将使用这些实施例1、3、5的热固化性硅酮树脂组合物的矩阵式反射器基板进行单片化后组装而成。之后,调查反射器表面或元件表面与密封树脂的粘着不良。使用利用本发明的热固化性硅酮树脂组合物而成型的反射器的LED装置完全未发生剥离不良。
另外,本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式为例示,具有与本发明的权利要求书所述的技术思想实质相同的结构、并发挥相同作用效果的技术方案,均包含在本发明的技术范围内。
Claims (9)
1.一种LED的反射器用热固化性硅酮树脂组合物,其特征在于,其含有:(A)由下述平均组成式(1)所表示,1分子中具有至少两个烯基的有机聚硅氧烷45~90质量份,
R1 aR2 bR3 c(OR0)dSiO(4-a-b-c-d)/2 (1)
式(1)中,R1为相互独立地不具有烯基及芳基的取代或未被取代的一价烃基,R2为芳基,R3为烯基,R0为氢原子、甲基及乙基中的任一个,a为0.4~1.0,b为0~0.5,c为0.05~0.5,d为0~0.5的数值,且为满足a+b+c+d=1.0~2.0的数值;
(B)1分子中具有至少两个直接与硅原子键合的氢原子的由下述通式(2)所表示的直链状有机氢聚硅氧烷及由下述平均组成式(3)所表示的支链状有机氢聚硅氧烷10~55质量份,并且,前述(A)成分及前述(B)成分总计为100质量份,
式(2)中,R4为相互独立地不具有烯基的取代或未被取代的一价烃基,R5为氢,n为1~10的整数,
R7 eR8 fHgSiO(4-e-f-g)/2 (3)
式(3)中,R7为相互独立地不含有烯基及芳基的取代或未被取代的一价烃基,R8为芳基,e为0.6~1.5,f为0~0.5,g为0.4~1.0的数值,且为满足e+f+g=1.0~2.5的数值;
(C)催化剂量的加成反应催化剂;
(D)选自氧化钛、氧化锌、氧化镁、碳酸钡、硅酸镁、硫酸锌及硫酸钡的白色颜料3~200质量份;及,
(E)前述(D)成分以外的无机填充剂100~1000质量份;
并且,前述(A)成分至少含有0.01质量%以上的与硅键合的羟基(Si-OH),在前述热固化性硅酮树脂组合物中所包含的1分子中具有至少两个直接与硅原子键合的氢原子的所有含氢原子的硅化合物中,前述(B)成分为70质量%以上,前述(E)成分的平均粒径为10~20μm,超过50μm的粒子的含量为(E)成分的1质量%以下。
2.如权利要求1所述的LED的反射器用热固化性硅酮树脂组合物,其中,前述(D)成分的平均粒径为0.05~5μm。
3.如权利要求1所述的LED的反射器用热固化性硅酮树脂组合物,其中,进一步含有(F)脱模剂。
4.如权利要求2所述的LED的反射器用热固化性硅酮树脂组合物,其中,进一步含有(F)脱模剂。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的LED的反射器用热固化性硅酮树脂组合物,其中,在室温下为固体。
6.一种LED用反射器,其是利用权利要求1至4中的任一项所述的LED的反射器用热固化性硅酮树脂组合物而成型。
7.一种LED用反射器,其是利用权利要求5所述的LED的反射器用热固化性硅酮树脂组合物而成型。
8.一种光半导体装置,其使用权利要求6所述的LED用反射器。
9.一种光半导体装置,其使用权利要求7所述的LED用反射器。
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Legal Events
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---|---|---|---|
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GR01 | Patent grant | ||
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