CN1348972A - 用于光半导体密封的环氧树脂组合物的生产方法 - Google Patents

Abstract

在加热条件下,在第一捏合机2中捏合包括环氧树脂和固化剂的第一组合物,然后,向第一组合物中加入包括固化促进剂的第二组合物,并在冷却条件下,在第二捏合机3中捏合该组合物。结果是,在环氧树脂和固化剂完全混合前,能有效地防止环氧树脂和固化剂的彼此局部反应。另外,能连续地捏合环氧树脂、固化剂和固化促进剂,而没有形成局部凝胶。因此,可以高产率地生产用于光半导体密封的无凝胶的环氧树脂组合物。

Description

用于光半导体密封的 环氧树脂组合物的生产方法

技术领域

本发明涉及用于光半导体元件密封的环氧树脂组合物的生产方法。

背景技术

作为用于密封光半导体元件如发光二极管(LED)的密封剂，环氧树脂组合物已被广泛地使用。用于该应用的环氧树脂组合物通常包括环氧树脂、固化剂和固化促进剂。在固化促进剂的存在下，使环氧树脂和固化剂反应，固化，由此密封光半导体元件。为了确保满意的光半导体的发光，固化的密封树脂必须是透明的，所以组合物通常不含有填料，如二氧化硅。

可以在间歇系统中生产用于半导体密封的环氧树脂组合物，在该体系中，将各成分装入搅拌罐中，并在搅拌下熔融。

在该系统中，混合并熔融各成分，以得到每批组合物，并应该清理用于每批的搅拌罐。这意味着会限制提高产率。

另一方面，在捏合机中，通过连续捏合需要的成分，可以高产率地生产含有填料(如二氧化硅)的用于普通半导体元件密封，而不是光半导体元件密封的环氧树脂组合物。

用作光半导体密封的环氧树脂组合物，难以通过适于制备用作半导体密封的普通环氧树脂组合物的高产率连续捏合方法制备的原因如下：不含有填料的、用于光半导体密封的环氧树脂组合物具有低粘度，并且难于施加足以得到高混合效率的剪切力。由于该原因，当通过加热熔融捏合含有固化促进剂的各成分时，在完全混合环氧树脂和固化剂之前，在环氧树脂和固化剂之间会发生局部反应，这使得体系的粘度突然地增加，并且导致形成凝胶。

发明内容

根据上面所述的问题，本发明的目的是提供一种以高产率连续生产用于光半导体密封的环氧树脂组合物的方法。

通过生产用于光半导体密封的环氧树脂组合物的方法完成本发明的上述目的，光半导体密封的环氧树脂组合物包括环氧树脂、固化剂和固化促进剂，该方法包括：第一步，在第一捏合机中捏合包括环氧树脂和固化剂的第一组合物，第二步，向第一组合物中混入包括固化促进剂的第二组合物，并在第二捏合机中捏合，在第一步后紧接着进行第二步。

在捏合的第一步中，在无固化促进剂的条件下，在第一捏合机中捏合环氧树脂和固化剂，使得它们完全地、均匀地混合。在捏合的第二步中，将固化促进剂混入已被完全地、均匀地混合的第一组合物中。因此，在被完全混合前，要有效地防止环氧树脂和固化剂的彼此反应。

在方法的优选实施方案中，在加热下，进行第一步的捏合，而在冷却条件下，进行第二步的捏合。

在第一步中的加热，可以促进完全地且均匀地熔融捏合第一组合物，而在第二步中的冷却，确保抑制在环氧树脂和固化剂之间的可能反应。

附图说明

图1是通常用于完成本发明方法的捏合设备的示意图。

本发明的环氧树脂组合物包括环氧树脂、固化剂和固化促进剂。

用于本发明的环氧树脂包括双酚A环氧树脂，双酚F环氧树脂，环氧热塑性酚醛树脂如苯酚热塑性酚醛环氧树脂和甲酚热塑性酚醛环氧树脂，脂环环氧树脂，具有含氮环的环氧树脂如三缩水甘油异氰酸酯和乙内酰脲环氧树脂，氢化的双酚A环氧树脂，脂肪族环氧树脂，缩水甘油醚环氧树脂，双酚S环氧树脂，提供低吸水性固化树脂的二苯基环氧树脂，二环型环氧树脂，和萘环氧树脂。可以分别单独使用这些环氧树脂，也可以使用这些环氧树脂的混合物。优选的是双酚A环氧树脂，双酚F环氧树脂，环氧热塑性酚醛树脂，脂环环氧树脂，和三缩水甘油异氰酸酯，这是因为其具有良好的透明性和耐变色性。

在室温下，环氧树脂可以是固体的，也可以是液体的，但是优选在室温下环氧树脂固体的。优选环氧树脂具有平均环氧当量90-1000，和软化点为160℃或更低。使用其环氧当量小于90的环氧树脂趋向于得到脆性的固化树脂。使用其环氧当量大于1000的环氧树脂趋向于得到低玻璃转化温度(Tg)的固化树脂。

可以用于本发明的固化剂包括酸酐固化剂和酚固化剂。适宜的酸酐固化剂例子是邻苯二甲酸酐、马来酸酐、苯三酸酐，均苯四酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、甲基裸么酸酐、裸么酸酐、戊二酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐。可以分别单独使用这些酸酐，也可以使用这些酸酐的混合物。优选的是邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐。优选这些酸酐固化剂具有分子量约140-200，并优选是无色至微黄色。

酚的固化剂包括苯酚热塑性酚醛树脂固化剂。

固化剂的优选用量是0.5-1.5当量，更优选0.7-1.2当量的能与每环氧当量环氧树脂反应的活性基团当量。其中活性基团含量小于0.5当量，环氧树脂组合物具有降低的固化速度并趋向于提供具有降低的玻璃转化温度的固化产品。其中活性基团含量超过1.5当量，固化树脂有降低耐水性的倾向。

为了达到某些目的和用途，可以使用用于环氧树脂的其它已知固化剂代替上述所列酸酐固化剂或酚固化剂或加入其中，已知固化剂如胺固化剂，用醇部分酯化的酸酐固化剂，羧酸固化剂(例如，六氢邻苯二甲酸、四氢邻苯二甲酸、甲基六氢邻苯二甲酸)。例如，结合使用羧酸固化剂使固化速度提高，以增加产率。如果使用这些另外的固化剂，选择其用量是使总的活性基团含量落在上述所说明的与环氧当量的当量比范围内。

在本发明可以使用的固化促进剂包括，但不限于，叔胺如1，8-二氮杂二环(5，4，0)十一碳烯-7，三乙二胺，和三-2，4，6-二甲基氨基甲酚；咪唑化合物如2-乙基-4-甲基咪唑和2-甲基咪唑；磷化合物，如三苯基磷化氢，四苯基鏻四苯基硼酸盐，和四正丁基鏻O，O-二乙基二硫代磷酸酯；季铵盐；有机金属盐；和这些化合物的衍生物。可以分别单独使用这些促进剂，也可以使用这些促进剂的混合物。优选为叔胺，咪唑化合物和磷化合物。

优选固化促进剂的用量占环氧树脂的0.01-8.0％重量，优选0.1-3.0％重量。用量小于0.01％，常常导致不足以进行固化促进作用。用量大于8.0％，趋于导致固化树脂的变色。

如果需要的话，本发明的环氧树脂组合物可以含有适量的常用添加剂，如抗氧剂、改性剂、硅烷偶联剂、消泡剂、无机颗粒、流平剂(leveling agent)、脱模剂、染料、颜料等。

适宜的抗氧剂包括酚化合物，胺化合物，有机硫化合物和磷化氢化合物。适宜的改性剂包括乙二醇类、硅氧烷类和醇类。有用的偶联剂包括硅烷偶联剂和钛酸盐偶联剂。消泡剂包括硅氧烷消泡剂。无机颗粒包括二氧化硅粉末和玻璃粉末。

本发明的方法包括第一步，在第一捏合机中捏合包括环氧树脂和固化剂的第一组合物，和第二步，向第一组合物中混入包括固化促进剂的第二组合物，并在第二捏合机中捏合。第一步和第二步是连续进行的。

图1说明通常用于完成本发明方法的捏合设备1的示意图。捏合设备1包括第一捏合机2和第二捏合机3。

第一捏合机2具有混合室4和一对转动叶片5。转动叶片5旋转以混合各材料，同时各材料沿混合室4的纵向向前推进。在混合室4的上游，装有用于加入在第一捏合机2中被捏合的各材料的漏斗6。通过连接管7，使混合室4的下游末端与第二捏合机3连接，经过连接管，将第一组合物加入到第二捏合机3中。沿混合室4的纵向，将包括用于加热混合室4内部的加热器的加热单元12装在混合室4的周围。

第二捏合机3具有混合室8和一对转动叶片9，通过连接管7，第二捏合机3的上游末端与第一捏合机2连接。转动叶片9旋转以混合各材料，并且将各材料沿混合室8的纵向向前推进。在连接管7的下面，装有用于加入在第二捏合机3中被捏合的各材料的第二漏斗10。向混合室8的下游末端连接出料管11，通过该管，卸掉捏合的混合物。沿混合室8的纵向，将包括用于冷却混合室8内部的冷却夹套的冷却单元13装在混合室8的周围。通过冷却单元13来循环冷却剂，如冷水。

尽管在图1中，第一捏合机2的转动叶片5和第二捏合机3的转动叶片9表示为螺旋状，但并不特别限制这些转动叶片的结构，转动叶片包括，例如平圆盘型(flat discs)。

现在参照捏合设备1，说明进行生产用于光半导体密封的环氧树脂组合物方法的优选实施方案。

向第一捏合机2的第一漏斗6中加入包括如前面所述环氧树脂和固化剂的第一组合物，其中环氧树脂和固化剂被完全并均匀地混合。第一组合物可以含有上述的各种添加剂。换句话说，第一组合物可以包括除了固化促进剂以外的任何成分。

在混合室4中，第一组合物被捏合，同时通过一对转动叶片5的旋转被输送到下游。在捏合的同时，优选通过加热单元12将第一组合物加热到100-160℃，以得到令人满意的熔融捏合。

完成在第一捏合机2中的捏合后，通过连接管7，将已经到达混合室4的下游末端的第一组合物转送到第二捏合机3。同时，从第二漏斗10，将第二组合物加入到被送至第二捏合机3的第一组合物中。

第二组合物包括前述的固化促进剂。第二组合物可以含有上述的各种添加剂，如染料和硅烷偶联剂。换句话说，第二组合物可以包括除了制备第一组合物的那些成分以外的任何成分。

在该方法中，可以将从第二漏斗10加入的第二组合物混入已经在第二捏和机3中被完全并均匀地混合的第一组合物中。因此，在环氧树脂和固化剂完全混合前，能有效地防止环氧树脂和固化剂进行局部反应。

在第二捏合机3中，将第一组合物(其中环氧树脂和固化剂已经混合)和第二组合物(例如，固化促进剂)混在一起的同时，将其移送到混合室8的下游。优选在用冷却单元13冷却混合室8的同时，进行在第二捏合机3中的捏合，而确保在捏合的过程中抑制在环氧树脂和固化剂之间的可能反应。

完成在第二捏合机3中的捏合后，通过出料管11，将已经到达混合室8的下游末端的环氧树脂组合物取出。

优选的是，通过冷却单元13冷却在第二捏合机3中的组合物，以使其在出料管11的出口具有温度70-90℃。在温度低于70℃时，包括环氧树脂的各成分易于固化。在温度超过90℃时，环氧树脂和固化剂趋向于反应形成凝胶。通过控制出料管11的出口温度在70-90℃，可以在最佳条件下，使固化促进剂与环氧树脂和固化剂捏合，以提供不含有填料的环氧树脂组合物。

在B-段(例如半固化态)从出料管11取出环氧树脂组合物。通过鼓风将所得到的环氧树脂组合物冷却到室温，在40-50℃老化3-30小时，再通过鼓风冷却到室温，并且最后用通常的方法将其研磨和压片以得到片剂。

根据本发明的方法，能以连续的方式使环氧树脂、固化剂和固化促进剂有效地捏合，而不致于形成凝胶，因此，高产率地生产用于光半导体密封的无凝胶环氧树脂组合物。

通过本发明的方法所得到的环氧树脂组合物用作光半导体元件的密封剂，光半导体元件如LEDs和CCDs。可以按照任何已知技术，如传递成型或浇铸技术，用环氧树脂组合物进行光半导体密封。

尽管在上述提到的实施方案中，捏合设备1具有通过连接管7连接的第一捏合机2和第二捏合机3，但捏合设备的结构不限于此。例如，第一捏合机2和第二捏合机3可以直接连接。

按照本发明的方法，由于在环氧树脂和固化剂被完全混合前，可以有效地防止环氧树脂和固化剂的彼此局部反应，因此，能连续地捏合环氧树脂、固化剂和固化促进剂，而不致于形成局部凝胶。因此，可以高产率地生产用于光半导体密封的无凝胶的环氧树脂组合物。

本申请要求日本专利申请No.2000-316239，申请日2000年10月17日的优先权。在此引入其全部内容作为参考。

Claims (2)

1.一种生产用于光半导体密封的环氧树脂组合物的方法，该环氧树脂组合物包括环氧树脂、固化剂和固化促进剂，该方法包括下列步骤：

第一步，在第一捏合机中捏合包括环氧树脂和固化剂的第一组合物；和

第二步，向所述的第一组合物中混入包括固化促进剂的第二组合物，并在第二捏合机中捏合；

其中第二步是紧接着所述第一步进行的。

2.权利要求1的生产用于光半导体密封的环氧树脂组合物的方法，其中在加热条件下进行所述第一步的捏合，而在冷却条件下进行所述第二步的捏合。

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