CN103937405B - 底层涂料组合物及使用该底层涂料组合物的光半导体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于提供一种底层涂料组合物,所述底层涂料组合物,可以提高构装有光半导体元件的基板、与密封光半导体元件的加成反应固化型硅酮组合物的固化物之间的粘接性,同时防止基板上的金属电极的腐蚀,并提高底层涂料的耐热性和可挠性。为了解决上述课题,提供一种底层涂料组合物,所述底层涂料组合物,将构装有光半导体元件的基板、与密封光半导体元件的加成反应固化型硅酮组合物的固化物粘接,并且含有:(A)硅氮烷化合物或聚硅氮烷化合物,其1分子中具有1个以上的硅氮烷键;(B)丙烯酸树脂,其包含1分子中含有1个以上的SiH基的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯中的任一者或两者;及,(C)溶剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种底层涂料组合物及使用该底层涂料组合物的光半导体装置,所述底层涂料组合物,将构装有光半导体元件的基板、与密封前述光半导体元件的加成反应固化型硅酮组合物的固化物粘接。
背景技术
作为光半导体装置而为人所知的LED灯的构成为:作为光半导体元件,具有发光二极管(Light Emitting Diode,LED),且利用由透明的树脂所构成的密封材料对构装于基板上的LED进行密封。作为密封此LED的密封材料,一直以来通用以环氧树脂为基底的组合物。然而,在以环氧树脂为基底的密封材料中,伴随近年来半导体封装体的小型化、LED的高亮度化,发热量增加且光发生短波长化,由此导致容易产生裂化和变黄等,从而招致可靠性降低。
因此,从具有优异的耐热性的方面来看,使用硅酮(silicone)组合物来作为密封材料(例如,专利文献1)。尤其是,加成反应固化型的硅酮组合物,因为利用加热在短时间内就会固化,所以,生产率良好,适合作为LED的密封材料(例如,专利文献2)。然而,构装LED的基板、与由加成反应固化型硅酮组合物的固化物所构成的密封材料之间的粘接性,可以说是并不充分。
另一方面,作为构装LED的基板,从机械强度优异的方面出发,大多使用聚邻苯二甲酰胺树脂,因此,开发出一种对所述树脂有用的底层涂料(例如,专利文献3)。然而,关于要求高能量的光通量的LED,聚邻苯二甲酰胺树脂因不具有耐热性而会变色,近来,越来越多地将陶瓷作为基板,所述陶瓷,具有比聚邻苯二甲酰胺树脂更优异的耐热性且以氧化铝为代表。在由此氧化铝陶瓷所构成的基板、与该加成反应固化型硅酮组合物的固化物之间,容易产生剥离。
并且,硅酮组合物,一般因为透气性优异,所以,容易受外部环境的影响。如果将LED灯暴露在大气中的硫化物或废气等中,那么硫化物等会透过硅酮组合物的固化物,使由该固化物所密封的基板上的金属电极、尤其是Ag电极历时腐蚀并变黑。作为相对于此的对策,开发出一种底层涂料,所述底层涂料,是通过使用以下物质来抑制变黑:含有SiH基的丙烯酸酯的聚合物、或与丙烯酸酯的共聚物、与甲基丙烯酸酯的共聚物、丙烯酸酯与甲基丙烯酸酯的共聚物(专利文献4)、聚硅氮烷化合物(专利文献5)。然而,使用含有SiH基的丙烯酸聚合物后,底层涂料膜的耐热性不充分,在近年的流过有较高电流的半导体元件周边,树脂发生劣化。相对于此,因为虽然聚硅氮烷化合物的耐热性优异,但是聚硅氮烷的膜较为僵硬(stiff),所以,涂布于搭载有多个称为多芯片的光半导体元件的构装基板上后,膜会破裂。
而且,作为与本发明有关的以往技术,可以与上述的文献一起列举下述文献(专利文献6~专利文献8)。
[现有技术文献]
(专利文献)
专利文献1:日本特开2000-198930号公报
专利文献2:日本特开2004-292714号公报
专利文献3:日本特开2008-179694号公报
专利文献4:日本特开2010-168496号公报
专利文献5:日本特开2012-144652号公报
专利文献6:日本特开2004-339450号公报
专利文献7:日本特开2005-93724号公报
专利文献8:日本特开2007-246803号公报
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成,其目的在于提供一种底层涂料组合物,所述底层涂料组合物,可以提高构装有光半导体元件的基板、与密封光半导体元件的加成反应固化型硅酮组合物的固化物之间的粘接性,同时防止基板上所形成的金属电极的腐蚀,并提高底层涂料自身的耐热性和可挠性。
为了达成上述目的,本发明提供一种底层涂料组合物,所述底层涂料组合物,将构装有光半导体元件的基板、与密封前述光半导体元件的加成反应固化型硅酮组合物的固化物粘接,并且含有:
(A)硅氮烷(silazane)化合物或聚硅氮烷(polysilazane)化合物,其1分子中具有1个以上的硅氮烷键;
(B)丙烯酸树脂,其包含1分子中含有1个以上的SiH基的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯中的任一者或两者;及,
(C)溶剂。
如果是这种底层涂料组合物,那么可以提高构装有光半导体元件的基板、与密封光半导体元件的加成反应固化型硅酮组合物的固化物之间的粘接性,同时防止基板上所形成的金属电极的腐蚀,并提高底层涂料自身的耐热性和可挠性。
此时优选为,前述(A)成分为具有分支结构的聚硅氮烷化合物,前述(C)成分的调配量为组合物整体的70质量%以上。
如果是这种(A)成分,那么可以使底层涂料自身的耐热性和可挠性进一步提高。并且,通过含有70质量%以上的(C)成分,可以使底层涂料组合物的操作性为良好。
并且优选为,前述底层涂料组合物,进一步含有(D)硅烷偶联剂。
这样一来,通过含有硅烷偶联剂,可以使底层涂料组合物的粘接性进一步提高。
并且,本发明提供一种光半导体装置,所述光半导体装置,是利用前述底层涂料组合物,将构装有光半导体元件的基板、与密封前述光半导体元件的加成反应固化型硅酮组合物的固化物粘接而成。
如果是这种光半导体装置,那么因为基板与加成反应固化型硅酮组合物的固化物被牢固地粘接,也可以防止基板上所形成的金属电极的腐蚀,所以,具有较高的可靠性。
此时优选为,前述光半导体元件是用于发光二极管。
这样一来,本发明的光半导体装置,作为发光二极管用,可以适合地使用。
并且优选为,前述基板的构成材料,为聚酰胺、陶瓷、硅酮、硅酮改性聚合物及液晶聚合物中的任一种。
本发明的光半导体装置,因为底层涂料的粘接性优异,所以,即使是这种基板也可以使用,而不损害粘接性。
进一步优选为,前述加成反应固化型硅酮组合物的固化物为橡胶状。
如果是这种加成反应固化型硅酮组合物的固化物,那么具有更为牢固的粘接性,并且可以更为有效地防止基板上所形成的金属电极、尤其是Ag电极的腐蚀。
如果是本发明的底层涂料组合物,那么可以提高构装有光半导体元件的基板、与密封光半导体元件的加成反应固化型硅酮组合物的固化物之间的粘接性,同时防止基板上所形成的金属电极的腐蚀,且可以提高底层涂料自身的耐热性和可挠性,进一步通过将该组合物用于光半导体装置,可以获得具有高可靠性的光半导体装置。
附图说明
图1是表示本发明的光半导体装置的一个实例的LED灯的剖面图。
图2是说明本发明的实施例中的粘接性试验用试验片的立体图。
附图标记的说明:
1 光半导体装置(LED灯)
2 底层涂料组合物
3 LED
4 基板
5 加成反应固化型硅酮组合物的固化物
6 金属电极
7 接合线
11 试验片
12、13 氧化铝陶瓷基板
14、15 底层涂料组合物包覆膜
16 加成反应固化型硅酮橡胶组合物的固化物
具体实施方式
本发明人为了达成上述目的而努力研究,结果发现:通过将1分子中含有1个以上的硅氮烷键的硅氮烷化合物或聚硅氮烷化合物、与包含具有SiH基的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的丙烯酸树脂调配至组合物中,可以克服一直以来的聚硅氮烷化合物的缺点即脆性,且有望提高上述丙烯酸树脂的缺点即耐热性。进一步发现,因为如果将此组合物用于粘接构装有光半导体元件的基板、与密封此光半导体元件的加成反应固化型硅酮组合物的固化物,那么可以使基板与固化物牢固地粘接,同时防止基板上所形成的金属电极、尤其是Ag电极的腐蚀,且可以提高底层涂料膜自身的耐热性和可挠性,所以,使用此底层涂料组合物的光半导体装置具有高可靠性,从而完成本发明。
也就是说,本发明的底层涂料组合物含有:
(A)硅氮烷化合物或聚硅氮烷化合物,其1分子中具有1个以上的硅氮烷键;
(B)丙烯酸树脂,其包含1分子中含有1个以上的SiH基的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯中的任一者或两者;及,
(C)溶剂。
以下,说明此底层涂料组合物的各成分。
<底层涂料组合物>
[(A)成分]
本发明的底层涂料组合物中所含有的(A)成分,是1分子中具有1个以上的硅氮烷键的硅氮烷化合物或聚硅氮烷化合物,对例如构装LED的基板、尤其是陶瓷基板或聚酰胺树脂基板赋予充分的粘接性,同时形成牢固的硬膜,抑制金属电极(尤其是Ag电极)的历时腐蚀。
作为1分子中具有1个以上的硅氮烷键的硅氮烷化合物,可以列举具有下述所示的结构的化合物:
(式中,R表示氢原子或1价的有机基团)。
在此,作为R的1价的有机基团,优选为碳数1~10,尤其是碳数1~3的非取代或取代1价烃基。作为1价烃基,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、己基及辛基等烷基;环己基等环烷基;乙烯基、烯丙基及丙烯基等烯基;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等;或这些基团的氢原子的一部分或全部被氟、溴、氯等卤原子、氰基等取代的烃基,例如氯甲基、氯丙基、溴乙基、三氟丙基及氰乙基等。作为R,优选为氢原子、甲基及乙基,尤其优选为氢原子。
作为1分子中具有1个以上的硅氮烷键的聚硅氮烷化合物,可以使用具有R’2Si(NR)2/2单元及/或R’Si(NR)3/2单元(在此,R与上述相同,R’为1价的有机基团)的化合物,尤其优选为具有由R’Si(NR)3/2单元所表示的分支结构的聚硅氮烷化合物。
在此,作为R’,除了可以例示与作为上述R的1价的有机基团而例示的非取代或取代1价烃基相同的基团,还可以例示:(甲基)丙烯酰氧基丙基、(甲基)丙烯酰氧基甲基等含有(甲基)丙烯酰氧基的基团(在本发明中,“(甲基)丙烯酰氧基”表示“丙烯酰氧基”及/或“甲基丙烯酰氧基”,以下相同);巯丙基、巯甲基等含有巯基的基团;及,缩水甘油醚氧丙基、缩水甘油醚氧基甲基等含有环氧基的基团等。在这些中,优选为含有(甲基)丙烯酰氧基的基团、含有巯基的基团、含有环氧基的基团及烯基,尤其优选为含有(甲基)丙烯酰氧基的基团。并且,R’也可以在分子中具有不同的2种以上的基团。
上述聚硅氮烷化合物的利用凝胶渗透色谱(Gel PermeationChromatography,GPC)所测定的重量平均分子量,优选为200~10,000,更优选为500~8,000,尤其优选为1,000~5,000。如果分子量为200以上,那么可以获得充分的包覆膜强度,如果为10,000以下,那么对溶剂的溶解性不会降低,因此优选。
作为上述聚硅氮烷化合物的具体的结构,可以列举例如下述所示的结构:
(CH3Si(NH)3/2)al(ASi(NH)3/2)bl
((CH3)2Si(NH)2/2)a2(CH3Si(NH)3/2)b2
((CH3)2Si(NH)2/2)a3(ASi(NH)3/2)b3
(式中,m为3~8的整数,A为含有(甲基)丙烯酰氧基的基团、含有巯基的基团、含有环氧基的基团或乙烯基,a1、b1为满足0≤a1<1、0<b1≤1、且a1+b1=1的数,a2、b2为满足0<a2<1、0<b2<1、且a2+b2=1的数,a3、b3为满足0≤a3<1、0<b3≤1、且a3+b3=1的数)。
即使在上述的聚硅氮烷化合物的例示中,也优选为下述所示的结构:
(CH3SKNH)3/2)al(ASi(NH)3/2)bl
(式中,A、a1、b1与上述相同)。
(A)成分,可以利用众所周知的方法来制备,例如,可以通过使氨气以相对于氯的摩尔量为过剩的量与具有上述有机基团的氯硅烷进行反应,来制备。
(A)成分的调配量,如果为相对于后述的(C)成分溶解的量,那么并无特别限定,但优选为组合物整体((A)、(B)、(C)成分的合计)的30质量%以下,更优选为0.01~20质量%,进一步优选为0.1~10质量%,尤其优选为0.2~5质量%。如果不含有(A)成分,那么粘接性不充分。并且,如果含有量为30质量%以下,那么不存在由表面上产生凹凸所导致的膜的破裂,可以获得作为底层涂料的充分的性能。
[(B)成分]
本发明的底层涂料组合物所含有的(B)成分,是包含1分子中含有1个以上的SiH基的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯中的任一者或两者的丙烯酸树脂,对例如构装LED的基板、尤其是陶瓷基板或聚邻苯二甲酰胺树脂基板赋予充分的粘接性,同时在该基板上形成具有可挠性的膜,并抑制金属电极(尤其是Ag电极)的历时腐蚀。
作为这种丙烯酸树脂,可以列举1分子中含有1个以上的SiH基的丙烯酸酯的单独聚合物、1分子中含有1个以上的SiH基的甲基丙烯酸酯的单独聚合物、1分子中含有1个以上的SiH基的丙烯酸酯与1分子中含有1个以上的SiH基的甲基丙烯酸酯的共聚物、1分子中含有1个以上的SiH基的丙烯酸酯与其他种类的丙烯酸酯的共聚物、及1分子中含有1个以上的SiH基的甲基丙烯酸酯与其他种类的甲基丙烯酸酯的共聚物等。
作为1分子中含有至少1个以上的SiH基的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯,可以列举具有以下结构的化合物:
(式中,R0表示氢或甲基,R1表示1价的有机基团,R2表示2价的有机基团;n为0~2的整数)。
并且,也可以例示二有机聚硅氧烷中具有以下单元的化合物:
(l是包含0的正数,m是0以外的正数)。
(o、p是0以外的正数)。
作为其他种类的丙烯酸酯,可以列举例如:丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸异壬酯、丙烯酸正癸酯及丙烯酸异癸酯等。作为其他种类的甲基丙烯酸酯,可以列举例如:甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸异戊酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸异壬酯、甲基丙烯酸正癸酯及甲基丙烯酸异癸酯等。其中,优选为烷基的碳原子数为1~12、尤其是烷基的碳原子数为1~4的丙烯酸烷基酯、及甲基丙烯酸烷基酯,也可以单独使用1种,或并用2种以上的单体。
作为(B)成分的丙烯酸树脂的合成方法,可以例示通过将符合的单体用2,2’-偶氮二异丁腈(2,2’-azodiisobutyronitrile,AIBN)等自由基聚合引发剂进行处理来获得的方法。
(B)成分的调配量,如果为相对于后述的(C)成分溶解的量,那么并无特别限定,但优选为组合物整体((A)、(B)、(C)成分的合计)的30质量%以下,更优选为0.01~20质量%,进一步优选为0.1~10质量%,尤其优选为0.2~5质量%。如果不含有(B)成分,那么不能获得耐热性和可挠性。并且,如果含有量为30质量%以下,那么不存在由表面上产生凹凸所导致的膜的破裂,可以获得作为底层涂料的充分的性能。
[(C)成分]
(C)成分的溶剂,如果是溶解上述的(A)成分、(B)成分及后述的任意成分的溶剂,那么并无特别限定,可以使用众所周知的有机溶剂。作为该溶剂,可以列举例如:二甲苯、甲苯及苯等芳香族烃系溶剂;庚烷、己烷等脂肪族烃系溶剂;三氯乙烯、全氯乙烯及二氯甲烷等卤化烃系溶剂;醋酸乙酯等酯系溶剂;甲基异丁基甲酮、甲基乙基甲酮等甲酮系溶剂;乙醇、异丙醇、丁醇等醇系溶剂;石油醚;环已酮;二乙醚;橡胶挥发油;及,硅系溶剂等。其中,可以优选使用醋酸乙酯、己烷及丙酮。
(C)成分,根据底层涂料涂布作业时的蒸发速度,可以单独使用1种,也可以组合2种以上作为混合溶剂使用。
(C)成分的调配量,如果在不会对涂布时和干燥时的操作性产生妨碍的范围内,那么并无特别限定,但优选为组合物整体((A)、(B)、(C)成分的合计)的70质量%以上,更优选为80~99.99质量%,进一步优选为90~99.9质量%,尤其优选为95~99.8质量%。如果(C)成分的调配量为70质量%以上,那么可以使底层涂料组合物的操作性为良好,例如,可以在后述的基板上形成底层涂料时,使底层涂料均匀,且不存在由表面上产生凹凸所导致的膜的破裂,可以获得作为底层涂料的充分的性能。
[(D)成分]
本发明的底层涂料组合物,进一步可以调配(D)硅烷偶联剂。作为该硅烷偶联剂,如果是普通的硅烷偶联剂,那么就可以使用,而并无特别限定。作为这种硅烷偶联剂,可以列举例如:乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷等含有乙烯基的硅烷偶联剂;缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷等含有环氧基的硅烷偶联剂;甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等含有(甲基)丙烯酰氧基的硅烷偶联剂;及,巯基丙基三甲氧基硅烷等含有巯基的硅烷偶联剂等。其中,优选为乙烯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
作为使用(D)成分时的调配量,优选为组合物整体((A)~(D)成分的合计)的0.05~10质量%,更优选为0.1~3质量%。如果(D)成分的调配量为0.05质量%,那么粘接性提高效果充分,因为即使调配超过10质量%的值,也不能获得更进一步的粘接性提高效果,所以,优选为10质量%以下。
[其他成分]
本发明的底层涂料组合物,除了上述成分以外,可以根据需要,调配其他任意成分。例如,作为金属腐蚀抑制剂,可以调配:苯并噻唑、二丁基羟基甲苯、氢醌或它的衍生物。苯并噻唑、二丁基羟基甲苯、氢醌或它的衍生物是如下的成分:将LED灯暴露于严酷的外部环境中,当例如大气中的硫化物透过光半导体装置的密封材料(加成反应固化型硅酮组合物的固化物)时,会更有效地抑制由此密封材料所密封的基板上的金属电极、尤其是Ag电极的腐蚀。
添加金属腐蚀抑制剂时的调配量,相对于(A)、(B)、(C)成分的合计100质量份,优选为0.005~1质量份,尤其优选为0.01~0.5质量份。
进一步,作为其他任意成分,也可以添加荧光体、增强性填充剂、染料、颜料、耐热性提高剂、抗氧化剂及增粘剂等。
[底层涂料组合物的制造方法]
作为本发明的底层涂料组合物的制造方法,可以列举以下方法:在常温下利用混合搅拌机,将上述(A)、(B)、(C)成分及根据需要而添加的任意成分均匀地混合。
<光半导体装置>
本发明的光半导体装置,优选利用上述底层涂料组合物,将构装有光半导体元件的基板、与密封前述光半导体元件的加成反应固化型硅酮组合物的固化物粘接而成。
以下,参照附图来说明本发明的光半导体装置的一个方案。
图1是表示本发明的光半导体装置的一个实例的光半导体装置(LED灯)的剖面图。光半导体装置(LED灯)1,是利用上述的底层涂料组合物2,将构装有光半导体元件即LED3的基板4、与密封LED3的加成反应固化型硅酮组合物的固化物5粘接起来。其中,在基板4上,形成有Ag电极等金属电极6,利用接合线(bonding wire)7将LED3的电极端子(未图示)与金属电极6电性连接。
作为构成基板4的材料,优选为聚酰胺、陶瓷、硅酮、硅酮改性聚合物及液晶聚合物中的任一种,在本发明中,从耐热性良好的方面出发,更优选为陶瓷,尤其优选为氧化铝陶瓷。以往,由上述的材料所构成的基板、与后述的加成反应固化型硅酮组合物的固化物之间的粘接性存在问题,会产生剥离。然而,通过使用本发明的底层涂料组合物进行粘接,可以牢固地粘接而不会引起剥离,可以将机械强度、耐热性等良好的上述的材料作为基板,来制作光半导体装置。
加成反应固化型硅酮组合物的固化物5,是通过使加成反应固化型硅酮组合物固化而获得,优选为透明的固化物,并且优选为橡胶状。作为该加成反应固化型硅酮组合物,可以使用众所周知的含有乙烯基的有机聚硅氧烷、含有作为交联剂的有机氢聚硅氧烷及作为加成反应催化剂的铂系催化剂的硅酮组合物,并且,在该硅酮组合物中,作为其他任意成分,也可以添加反应抑制剂、着色剂、阻燃剂、耐热性提高剂、增塑剂、增强性二氧化硅及粘接性赋予剂等。
作为图1所示的光半导体装置(LED灯)1的制造方法,可以例示以下的方法。
预先,在镀Ag且形成有Ag电极等金属电极6的基板4上,用粘接剂将LED3等光半导体元件接合,并利用接合线7将LED3的电极端子(未图示)与金属电极6电性连接,然后,根据需要将构装有LED3的基板4处理干净后,用旋转器(spinner)等涂布装置或喷雾器等将底层涂料组合物2涂布于基板4后,利用加热、风干等使底层涂料组合物2中的溶剂挥发,形成优选为10μm以下、更优选为0.1~5μm的厚度的包覆膜。形成底层涂料的包覆膜后,用分配器(dispenser)等涂布加成反应固化型硅酮组合物,在室温下放置或使它加热固化,并用橡胶状的固化物5密封LED3。
这样一来,通过使用含有前述的(A)、(B)、(C)成分的本发明的底层涂料组合物,将构装有LED等光半导体元件的基板、与加成反应固化型硅酮组合物的固化物牢固地粘接,可以提供较高可靠性的光半导体装置、尤其是LED灯。
并且,即使是在如将LED灯暴露于严酷的外部环境中,大气中的硫化物等透过该硅酮组合物的固化物内的情况中,通过使用此底层涂料组合物,也可以抑制基板上的金属电极、尤其是Ag电极的腐蚀。
而且,本发明的光半导体装置,可以作为LED用而适合地使用,在上述的一态样中,作为光半导体元件的一例,使用LED用的半导体装置进行说明,但除此以外,也可以应用于例如光敏晶体三极管、光电二极管、电荷耦合元件(Charge-coupled Device,CCD)、太阳能电池模块(solar cellmodule)、可擦可编程序只读存储器(erasable programmable read onlymemory,EPROM)及光电耦合器等中。
[实施例]
以下,示出合成例、实施例及比较例来具体地说明本发明,但本发明并非被下述的实施例所限制。
[合成例1]聚硅氮烷化合物的合成
向具备蛇管形冷却器、温度计的2L的四口烧瓶中,装入醋酸乙酯1,000g,并在此醋酸乙酯中,投入甲基丙烯酰氧基丙基三氯硅烷3.8g(0.015mol)、甲基三氯硅烷41.5g(0.28mol),在冰浴的条件下进行搅拌。在系统内成为10℃以下的时间点吹入氨气15g(0.89mol),在吹入后搅拌3小时。搅拌结束后,将作为副产物的氯化铵滤去,从而完成醋酸乙酯的4质量%聚硅氮烷溶液。
利用29Si-NMR、1H-NMR来测定合成的聚硅氮烷化合物后,该聚硅氮烷的结构是下述所示的结构,由GPC测定(四氢呋喃溶剂(THF溶剂))所得到的重量平均分子量为2,000。
[合成例2]聚硅氮烷化合物的合成
向具备蛇管形冷却器、温度计的2L的四口烧瓶中,装入醋酸乙酯1,000g,并在此醋酸乙酯中,投入二甲基二氯硅烷19g(0.15mol)、甲基三氯硅烷22.5g(0.15mol),在冰浴的条件下进行搅拌。在系统内成为10℃以下的时间点吹入氨气14g(0.83mol),在吹入后搅拌3小时。搅拌结束后,将作为副产物的氯化铵滤去,从而完成醋酸乙酯的4质量%聚硅氮烷溶液。
利用29Si-NMR、1H-NMR来测定合成的聚硅氮烷化合物后,该聚硅氮烷的结构是下述所示的结构,由GPC测定(THF溶剂)所得到的重量平均分子量为2,000。
((CH3)2Si(NH)2/2)0.5(CH3Si(NH)3/2)0.5
[合成例3]含有SiH的甲基丙烯酸酯的合成
向具备蛇管形冷却器、温度计的500ml的四口烧瓶中,装入甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷124g(0.5mol)、1,1,3,3-四甲基二硅氧烷107g(0.8mol),在冰浴的条件下使温度为10℃以下。冷却后投入浓硫酸13.7g,混合20分钟。混合后,滴入水14.4g(0.75mol),进行水解/平衡化反应。反应结束后,投入水4.5g,分离废酸,并投入10%的芒硝水250g与甲苯220g,利用水洗去除酸催化剂成分。去除后,在50℃/5mmHg的条件下利用浓缩将溶剂除掉,获得下述结构的含有SiH基的甲基丙烯酸酯152g。
[合成例4]含有SiH的甲基丙烯酸酯的合成
向具备蛇管形冷却器、温度计的1L的四口烧瓶中,装入八甲基环四硅氧烷355g(1.2mol)、1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷289g(1.2mol)、二甲基丙烯酰氧基丙基四甲基二硅氧烷39.7g(0.12mol)、二乙烯基四甲基二硅氧烷22.3g(0.12mol)及甲磺酸2g(催化剂量),升温至60~70℃,并混合6小时。混合后,使温度恢复至室温,装入碳酸氢钠24g,进行中和。中和后进行过滤,在100℃/5mmHg的条件下,利用浓缩将滤液中的未反应成分除掉,获得下述结构的含有SiH基的甲基丙烯酸酯408g。
[合成例5]含有SiH基的甲基丙烯酸酯聚合物的合成例
以80℃将甲基丙烯酸甲酯43质量份、合成例3中制备的含有SiH基的甲基丙烯酸酯22质量份、异丙醇(iso-Propyl alcohol,IPA)与醋酸乙酯的混合溶剂600质量份、AIBN(2,2’-偶氮二异丁腈)0.5质量份加热搅拌3小时,调制出含有具有SiH基的甲基丙烯酸酯聚合物的溶液。
[合成例6]含有SiH基的甲基丙烯酸酯聚合物的合成例
以80℃将甲基丙烯酸甲酯57质量份、合成例4中制备的含有SiH基的甲基丙烯酸酯24质量份、醋酸乙酯600质量份及AIBN(2,2’-偶氮二异丁腈)0.5质量份加热搅拌3小时,调制出含有具有SiH基的甲基丙烯酸酯聚合物的溶液。
[比较合成例1]
以80℃将甲基丙烯酸甲酯100质量份、醋酸乙酯900质量份及AIBN(2,2’-偶氮二异丁腈)0.5质量份加热搅拌3小时,制备含有甲基丙烯酸甲酯聚合物的溶液。
以80℃将甲基丙烯酸甲酯83质量份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷17质量份、醋酸乙酯900质量份及AIBN(2,2’-偶氮二异丁腈)0.5质量份加热搅拌3小时,制备含有甲基丙烯酸甲酯聚合物的溶液。
[实施例1]
向上述合成例1中制备的聚硅氮烷化合物的醋酸乙酯溶液100质量份中,添加合成例5中制备的含有SiH基的甲基丙烯酸酯聚合物50质量份、乙烯基三甲氧基硅烷1.5质量份及氢醌0.15质量份,并进行搅拌,获得底层涂料组合物。
使用所获得的底层涂料组合物芒硝水来制作光半导体装置,利用下述所示的评价方法测定各种物性(外观、透过率、粘接性(粘接强度)及耐腐蚀性),结果示于表1。另外,表1所示的物性,是在23℃中测定的值。
[外观]
将所获得的底层涂料组合物,以2μm的厚度刷涂到氧化铝陶瓷板上,以23℃放置30分钟,使它干燥,进一步在150℃、30分钟的条件下进行干燥处理。将加成反应固化型硅酮橡胶组合物(信越化学工业股份有限公司(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.)制造,KER-2700)以2mm的厚度涂布于此底层涂料组合物上,以150℃使它固化1小时,观察它的外观。
[透过率试验]
将所获得的底层涂料组合物,以2μm的厚度刷涂到载玻片上,以23℃放置30分钟,使它干燥,形成底层涂料组合物包覆膜。以空气为空白,测定形成有此底层涂料组合物包覆膜的载玻片在波长为400nm时的透过率。并且,以150℃使形成有上述底层涂料组合物包覆膜的载玻片耐热劣化1000小时,与上述同样地测定此透过率。
[粘接性(粘接强度)试验]
制作如图2所示的粘接试验用的试验片11。也就是说,在2片氧化铝陶瓷基板12、13(KDS公司制造,宽度25mm)的各自的一面上,将所获得的底层涂料组合物以0.01mm的厚度涂布,以23℃放置60分钟,使它干燥,形成底层涂料组合物包覆膜14、15。使这些氧化铝陶瓷基板的形成有底层涂料组合物包覆膜14、15的面相对向,使它们的端部重叠10mm,并在中间以1mm的厚度夹入加成反应固化型硅酮橡胶组合物(信越化学工业股份有限公司制造,KER-2700),通过以150℃加热2小时,使该加成反应固化型硅酮橡胶组合物固化,制作由利用硅酮橡胶组合物的固化物16粘接(粘接面积25mm×10mm=250mm2)的2片氧化铝陶瓷基板所构成的试验片。
使用拉伸试验机(岛津制作所(Shimadzu Corporation)制造,Autograph),将此试验片的氧化铝陶瓷基板12、13的各自的端部向相反方向(图2的箭头方向)以50mm/分钟的拉伸速度进行拉伸,求出每单位面积的粘接强度(MPa)。
[腐蚀性试验]
将所获得的底层涂料组合物,以2μm的厚度刷涂到镀银板上,以23℃放置30分钟,使它干燥后,在其上将加成反应固化型硅酮橡胶组合物(信越化学工业股份有限公司制造,KER-2700)以1mm的厚度涂布,以150℃使之固化1小时,制作具有硅酮橡胶层的试验片。将此试验片与硫磺晶体0.1g一起装入100cc的玻璃瓶中,密封并以70℃放置,在1日后、8日后及12日后的各个时间点,将试验片的硅酮橡胶层剥下,目测观察镀银板上,剥下该硅酮橡胶层的部分的腐蚀程度,并以下述标准评价。
○:无腐蚀(变色)
×:变黑
[实施例2]
向上述合成例2中制备的聚硅氮烷化合物的醋酸乙酯溶液100质量份中,添加上述合成例6中制备的含有SiH基的甲基丙烯酸酯聚合物100质量份而形成混合物,直接使用所述混合物,获得底层涂料组合物。使用此组合物制作光半导体装置,与实施例1同样地测定各种物性,结果示于表1。
[比较例1]
不涂布底层涂料组合物而直接将加成反应固化型硅酮橡胶组合物(信越化学工业股份有限公司制造,KER-2700)涂布于氧化铝陶瓷板和镀银板上,并固化。与实施例1同样地测定以此方式完成的光半导体装置的粘接性和耐腐蚀性,结果示于表1。
[比较例2]
向比较合成例1中制备的甲基丙烯酸甲酯聚合物的醋酸乙酯溶液100质量份中,添加乙烯基三甲氧基硅烷1质量份、氢醌0.1质量份,并搅拌,获得底层涂料组合物。使用此组合物制作光半导体装置,与实施例1同样地测定各种物性,结果示于表1。
[比较例3]
向比较合成例1中制备的甲基丙烯酸甲酯聚合物的醋酸乙酯溶液100质量份中,添加γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷1质量份、钛酸四正丁酯1质量份,并搅拌,获得底层涂料组合物。使用此组合物制作光半导体装置,与实施例1同样地测定各种物性,结果示于表1。
[比较例4]
使用合成例1中制备的聚硅氮烷化合物的醋酸乙酯溶液制作光半导体装置,与实施例1同样地测定各种物性,结果示于表2。
[比较例5]
使用合成例5中制备的含有SiH基的甲基丙烯酸酯聚合物100质量份的醋酸乙酯溶液制作光半导体装置,与实施例1同样地测定各种物性,结果示于表2。
表1
表2
由表1的结果可知,使用调配有聚硅氮烷化合物与含有SiH基的甲基丙烯酸酯聚合物的底层涂料组合物的实施例1、2,是将氧化铝陶瓷与加成反应固化型硅酮橡胶组合物的橡胶状固化物牢固地粘接。并且,在涂布于载玻片的底层涂料组合物包覆膜的耐热性试验中,无变色,包覆膜自身也无变化,耐热性也优异。进一步,在使用镀银板代替氧化铝陶瓷的腐蚀性试验中,实施例1、2中的任一个,在经过1日后均无变色,即使是经过12日仍然具有抑制变色(腐蚀)的效果。
另一方面,由表1的结果可知,未形成底层涂料的比较例1,粘接性并不充分,在腐蚀性试验中,于1日后便观察到了腐蚀。在使用调配了不含有SiH基的甲基丙烯酸甲酯聚合物、代替(B)成分的底层涂料组合物的比较例2、3中,耐热性、粘接性及耐腐蚀性较低。
并且,由表2的结果可知,使用不调配(B)成分的底层涂料组合物的比较例4,虽然粘接性、耐腐蚀性良好,但耐热性较低。使用不调配(A)成分的底层涂料组合物的比较例5,虽然耐腐蚀性良好,但耐热性历时产生变化,粘接性并不充分。
根据上述的结果得知,如果是本发明的底层涂料组合物,那么可以提高构装有光半导体元件的基板、与密封光半导体元件的加成反应固化型硅酮组合物的固化物之间的粘接性,同时防止基板上的金属电极的腐蚀,并提高底层涂料的耐热性。
另外,本发明并非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中所述的技术思想实质相同的构成、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 (12)
1.一种底层涂料组合物,其将构装有光半导体元件的基板、与密封前述光半导体元件的加成反应固化型硅酮组合物的固化物粘接,其特征在于,其含有:
(A)硅氮烷化合物或聚硅氮烷化合物,该硅氮烷化合物或聚硅氮烷化合物的1分子中具有1个以上的硅氮烷键;
(B)丙烯酸树脂,该丙烯酸树脂包含1分子中含有1个以上的SiH基的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯中的任一者或两者;及,
(C)溶剂,
并且,前述(A)成分的调配量是前述底层涂料组合物整体的30质量%以下,前述(B)成分的调配量是前述底层涂料组合物整体的30质量%以下,并且,前述(A)成分的调配量和前述(B)成分的调配量都不为0。
2.如权利要求1所述的底层涂料组合物,其中,前述(A)成分为具有分支结构的聚硅氮烷化合物,前述(C)成分的调配量为组合物整体的70质量%以上。
3.如权利要求1所述的底层涂料组合物,其中,前述底层涂料组合物,进一步含有(D)硅烷偶联剂。
4.如权利要求2所述的底层涂料组合物,其中,前述底层涂料组合物,进一步含有(D)硅烷偶联剂。
5.一种光半导体装置,其特征在于,其是利用权利要求1至4中的任一项所述的底层涂料组合物,将构装有光半导体元件的基板、与密封前述光半导体元件的加成反应固化型硅酮组合物的固化物粘接而成。
6.如权利要求5所述的光半导体装置,其中,前述光半导体元件是用于发光二极管。
7.如权利要求5所述的光半导体装置,其中,前述基板的构成材料,为聚酰胺、陶瓷、硅酮、硅酮改性聚合物及液晶聚合物中的任一种。
8.如权利要求6所述的光半导体装置,其中,前述基板的构成材料,为聚酰胺、陶瓷、硅酮、硅酮改性聚合物及液晶聚合物中的任一种。
9.如权利要求5所述的光半导体装置,其中,前述加成反应固化型硅酮组合物的固化物为橡胶状。
10.如权利要求6所述的光半导体装置,其中,前述加成反应固化型硅酮组合物的固化物为橡胶状。
11.如权利要求7所述的光半导体装置,其中,前述加成反应固化型硅酮组合物的固化物为橡胶状。
12.如权利要求8所述的光半导体装置,其中,前述加成反应固化型硅酮组合物的固化物为橡胶状。
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