JP2005136378A - パッケージ成形体及び半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光ダイオードの光出力の低下を招くことなく、パッケージ成形体の耐光性、耐熱黄変性を向上させることができるパッケージ成形体及び半導体装置を提供することを目的とする。
【解決手段】半導体素子15を載置するための底部とコノ底部を囲う側部とを備えるパッケージ成形体10であって、底部における半導体素子15の載置領域の外縁から離れた位置に壁部を有し、この壁部の外側における底部と側部とが、コーティング部材17によって被覆されているパッケージ成形体10及びこのパッケージ成形体10と、パッケージ成形体10の載置領域に載置された半導体素子15とからなる半導体装置18であって、半導体素子15とコーティング部材17とが離間されている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、パッケージ成形体及び半導体装置に関し、より詳細には、半導体素子として発光素子を載置した際の樹脂の劣化等を抑えることができるパッケージ成形体及びこれを用いた半導体装置に関する。
従来から、半導体素子である表面実装型発光ダイオードとして、酸化チタン等の顔料にて高反射化された熱可塑性樹脂が、ハウジング材料として用いられており、このハウジング材料が、リードフレーム材と一体型に射出成形されてパッケージ成形体が形成されている。また、熱可塑性樹脂からなるパッケージ成形体を、リードパターンを有するガラスエポキシ基板等と張り合わせたもの等も使用されている(特許文献1及び2)。
このような発光ダイオードは、高反射熱可塑性樹脂によるリフレクター部を有し、かつリードフレーム材の表面を銀メッキ等の可視領域部反射率の高い材料で覆うことにより、効率よく発光をダイス正面へ取り出すことができる。
また、熱可塑性樹脂という安価な材料を用い、射出成形という生産性に優れた工程を経るため、パッケージにかかるコストを低減することができるとともに、熱可塑性樹脂はリサイクルが可能なため、環境面での優位性をも有している。
特開2000−150966号公報 特開2001−168398号公報
一般に、パッケージ成形体に使用される熱可塑性樹脂は、液晶ポリマー、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリフタルアミド(PPA)等の耐熱性ポリマーとして知られている材料である。
しかし、発光ダイオードが高出力化して、発生する熱や光が増大するとともに、チップをパッケージにダイボンド実装する際の加熱等、製造工程中の熱履歴影響と発光ダイオードを回路基板へ実装する際に鉛フリー半田を用いることに起因して、その工程が高温化するため、何れの耐熱性ポリマーを用いても、その耐光性、耐熱黄変性が十分ではない。
特に、500nm以下の発光ピークを有する発光ダイオードチップをパッケージする場合、パッケージ成形体に使用される樹脂は、白色顔料を添加しているにもかかわらず、基材樹脂本来の色相の影響もあり、この波長領域では反射率が低下しており、光吸収が増大することに起因して、その光によって、容易にその表面が劣化する。
また、これら熱可塑性樹脂の表面の光劣化が進行すると、他材料と剥離しやすくなる傾向にあり、素子の信頼性に致命的な欠陥を招く。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、発光ダイオードの光出力の低下を招くことなく、パッケージ成形体の耐光性、耐熱黄変性を向上させることができるパッケージ成形体及び半導体装置を提供することを目的とする。
本発明のパッケージ成形体は、半導体素子を載置するための底部と該底部を囲う側部とを備えるパッケージ成形体であって、前記底部における前記半導体素子の載置領域の外縁から離れた位置に壁部を有し、該壁部の外側における底部と側部とが、コーティング部材によって被覆されていることを特徴とする。
また、本発明の半導体装置は、上記パッケージ成形体と、該パッケージ成形体の載置領域に載置された半導体素子とからなり、半導体素子とコーティング部材とが離間されてなることを特徴とする。
本発明のパッケージ成形体によれば、底部に壁部が形成され、この壁部の外側における底部と側部とがコーティング部材によって被覆されていることにより、半導体素子から照射される光によるパッケージ成形体自体の黄変、劣化を防止することができる。また、底部に壁部を有していることにより、コーティング部材が半導体素子の側面及び上面に接触することを確実に防止することができ、コーティング部材の半導体素子側面及び上面の被覆に起因する光出力の低下を防止することが可能となる。
また、本発明の半導体装置によれば、半導体素子をパッケージ成形体に搭載した際に、半導体素子の側面や上面を、コーティング部材と離間させ、接触しないように配置することができるために、半導体素子の側面及び上面から照射される光を有効に取り出すことが可能となる。さらに、コーティング部材によって、パッケージ成形体の黄変、劣化を防止することができ、高信頼性及び高性能の半導体装置を提供することができる。
本発明のパッケージ成形体は、半導体素子を載置するための底部と、この底部を囲う側部とを備え、さらに、底部における半導体素子の載置領域の外縁から離れた位置の外側と側部とがコーティング部材によって被覆されて構成される。
ここで、半導体素子としては、主として発光素子を意味するが、その他、発光素子を過電圧による破壊から保護するための保護素子等の半導体を用いて作製された素子のいずれが含まれていてもよい。
パッケージ成形体は、通常、有底状又は部分的な有底状であって、底部を囲うように底部から側部が延設されており、底部に対向する領域が開放された容器として形成されている。パッケージ成形体は、公知の材料、通常、耐熱性樹脂である熱可塑性エンジニアリングポリマー、熱硬化性樹脂等の1種又は2種以上を組み合わせて形成することができる。例えば、液晶ポリマー(LCP)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、芳香族ナイロン(PPA)、エポキシ樹脂、硬質シリコーンレジン等が挙げられる。なかでも、熱可塑性エンジニアリングポリマーがコスト面で適当である。また、これらの樹脂には、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミナ、シリカ、チタン酸バリウム、リン酸カルシウム、炭酸カルシウム、ホワイトカーボン、タルク、炭酸マグネシウム、窒化ホウ素、グラスファイバー等の無機フィラー等の1種又は2種以上が組み合わせられて添加されていてもよい。さらに、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤等の添加剤が適宜添加されていてもよい。例えば、樹脂100重量部に対して、無機フィラー等が10〜80重量部、好ましくは40〜80重量部添加されていることが適当である。
パッケージ成形体は、例えば、材料の種類等に応じて、射出成形、押し出し成形、圧縮成形、注型成形、トランスファー成形、真空成形、積層成形等の当該分野で公知の方法により形成することができる。
パッケージ成形体の形状は、特に限定されるものではなく、底部の投影形状が、円、楕円、四角形、多角形又は略これらに対応する形状等、種々のものが挙げられる。また、その大きさは特に限定されるものではなく、例えば、0.05mm2〜100mm2が挙げられる。底部を囲うように底部から延設される側部は、必ずしも明確に底部と区別できるように形成されていなくてもよく、底部から傾斜を有して(例えば、5〜90°程度)立ち上がりがあればよい。側部の高さは、例えば、100μm〜10mm程度が挙げられる。
また、パッケージ成形体は、その底部において、半導体素子の載置領域の外縁から離れた位置に壁部が形成されている。壁部は、外縁の全周に設けることが適当であるが、その一部に設けてもよい。壁部と外縁との距離は、特に限定されるものではなく、半導体素子がパッケージ成形体に載置された際に、半導体素子と壁部とが接触しない範囲で、できる限り近接していることが好ましい。壁部の形状及び高さは、後述するようにコーティング部材が、半導体素子に接触しない状態を確保することができるのであれば、特に限定されるものではない。例えば、(i)壁部として略平坦な底部に凸部が形成されていてもよいし、(ii)略平坦な底部に凹部が形成され、この凹部の側面が壁部として形成されていてもよいし、(iii)略平坦な底部に凹部が形成され、この凹部の側面に連続して凸部が配置することにより壁部が形成されていてもよい。壁部の構成材料は、パッケージ成形体を構成する材料、つまり上述した耐熱性樹脂であってもよいし、他の材料、例えば、後述する金属基体の一部等であってもよい。なお、凹部が形成される場合には、凹部の大きさ及び形状が、半導体素子、特に発光素子を凹部内に収納することができる形状、大きさであることが好ましい。また、凹部の高さは特に限定されるものではなく、半導体素子の厚さよりも大きくても小さくてもよい。
本発明のパッケージ成形体は、半導体素子をパッケージ成形体上に載置した際に、半導体素子、特に発光素子に接触しないように、底部の一部と側部の全面が、コーティング部材によって被覆されている。このようにコーティング部材によって被覆するためには、例えば、コーティング部材の表面張力、粘度等を利用するか、パッケージ成形体等とコーティング部材との濡れ性を利用するか、あるいは、上述したように壁部を利用することが適当である。なお、コーティング部材は、半導体素子、特に発光素子から照射される光を吸収するのみでなく、反射、散乱、拡散等させることにより、光を外部に効率よく取り出させる機能を有するものである。言い換えると、コーティング部材を備えていないパッケージ成形体の壁部の外側における底部と側部等に対して、このコーティング部材を備えることにより、半導体素子から照射される光の反射を高める機能を有する。例えば、コーティング部材の反射率は、85%以上、つまり85〜100%程度であることが適当である。
コーティング部材は、透光性であり、かつ耐熱性を有する樹脂を基材とするものであれば特に限定されるものではなく、例えば、熱硬化性樹脂、具体的には、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリノルボルネン樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂等の1種又は2種以上が基材として挙げられる。
コーティング部材は、基材に、以下の成分(F)として示す無機部材及び/又は充填剤の1種又は2種以上を組み合わせて含有していてもよく、さらに、以下のその他の成分(a)〜(h)として示す添加剤等を含有していてもよい。なかでも、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミナ、シリカ、チタン酸バリウム、リン酸カルシウム、炭酸カルシウム、沈降性シリカ、タルク、炭酸マグネシウム、窒化ホウ素等が適当である。なお、コーティング部材の全重量に対して、無機部材及び/又は充填剤は、5〜90%程度で含有されていることが適当であり、好ましくは20〜50%程度が挙げられる。添加剤としては、染料、顔料、酸化防止剤、熱安定剤等の1種以上が適当である。これらの添加剤等は、コーティング部材の全重量に対して、0.1〜10%程度で含有されていることが適当である。
また、コーティング部材は、耐光性及び耐熱性の点から、
(A)SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に少なくとも2個含有する有機化合物、
(B)1分子中に少なくとも2個のSiH基を含有するケイ素化合物、
(C)ヒドロシリル化触媒、
(D)シランカップリング剤及び/又はエポキシ基含有化合物、
(E)シラノール縮合触媒及び
を必須成分として含む硬化性組成物により形成してもよい。この硬化性組成物は、さらに(F)無機部材を含むことが好ましい。
成分(A)
成分(A)の有機化合物は、SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に少なくとも2個含有するものであれば特に限定されず、構成元素としてC、H、N、O、S及びハロゲンのみを含むものであることが好ましい。なお、有機化合物として、ポリシロキサン−有機ブロックコポリマー、ポリシロキサン−有機グラフトコポリマー等のシロキサン単位(Si−O−Si)を含むものはガス透過性及びはじきの問題がある。
成分(A)の有機化合物は、有機重合体系の化合物と有機単量体系化合物とに分類できる。
有機重合体系化合物としては、例えば、ポリエーテル系、ポリエステル系、ポリアリレート系、ポリカーボネート系、飽和炭化水素系、不飽和炭化水素系、ポリアクリル酸エステル系、ポリアミド系、フェノール−ホルムアルデヒド系(フェノール樹脂系)、ポリイミド系の化合物が挙げられる。
有機単量体系化合物としては、例えば、フェノール系、ビスフェノール系、ベンゼン、ナフタレン等の芳香族炭化水素系:直鎖系、脂環系等の脂肪族炭化水素系:複素環系の化合物およびこれらの混合物等が挙げられる。
成分(A)の有機化合物においては、SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合の種類は特に限定されず、例えば、下記一般式(II)
Figure 2005136378
(式中、R2は水素原子又はメチル基を表す。)
で示される基が反応性の点から好適である。なかでも、原料の入手の容易さから、下記式(IIa)
Figure 2005136378
で示される基が特に好ましい。
さらに、SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合として、下記一般式(III)
Figure 2005136378
(式中、R3は水素原子又はメチル基を表す。)
で表される部分構造を環内に有する脂環式の基が、コーティング部材の耐熱性が高いという点から好適である。特に、原料の入手の容易さから、下記式(IIIa)で表される部分構造を環内に有する脂環式の基が好適である。
Figure 2005136378
なお、SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合の位置は特に限定されず、分子内のどこに存在してもよい。つまり、この二重結合は、成分(A)の有機化合物の骨格部分に直接結合していてもよく、2価以上の置換基を介して共有結合していてもよい。
2価以上の置換基としては、炭素数0〜10の置換基であれば特に限定されず、構成元素としてC、H、N、O、S及びハロゲンのみを含むものが好ましい。これらの置換基の例としては、
Figure 2005136378
等が挙げられる。また、これらの2価以上の置換基の2つ以上が共有結合によりつながって1つの2価以上の置換基を構成していてもよい。
骨格部分に共有結合する基(以下、「共有結合基」と記することがある)の例としては、ビニル基、アリル基、メタリル基、アクリル基、メタクリル基、2−ヒドロキシ−3−(アリルオキシ)プロピル基、2−アリルフェニル基、3−アリルフェニル基、4−アリルフェニル基、2−(アリルオキシ)フェニル基、3−(アリルオキシ)フェニル基、4−(アリルオキシ)フェニル基、2−(アリルオキシ)エチル基、2、2−ビス(アリルオキシメチル)ブチル基、3−アリルオキシ−2、2−ビス(アリルオキシメチル)プロピル基、
Figure 2005136378
等が挙げられる。
成分(A)の有機化合物の具体的な例としては、ジアリルフタレート、トリアリルトリメリテート、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、1,1,2,2−テトラアリロキシエタン、ジアリリデンペンタエリスリット、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、1,2,4−トリビニルシクロヘキサン、ジビニルベンゼン類(純度50〜100%のもの、好ましくは純度80〜100%のもの)、ジビニルビフェニル、1,3−ジイソプロペニルベンゼン、1,4−ジイソプロペニルベンゼン、およびそれらのオリゴマー、1,2−ポリブタジエン(1、2比率10〜100%のもの、好ましくは1、2比率50〜100%のもの)、ノボラックフェノールのアリルエーテル、アリル化ポリフェニレンオキサイド、
Figure 2005136378
Figure 2005136378

等、さらに、従来公知のエポキシ樹脂のグルシジル基の一部又は全部をアリル基に置き換えたもの等が挙げられる。
成分(A)の有機化合物は、上記のように骨格部分とアルケニル基とに分けて表現しがたい、低分子量化合物であってもよい。これらの低分子量化合物の具体例としては、ブタジエン、イソプレン、オクタジエン、デカジエン等の脂肪族鎖状ポリエン化合物系、シクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、シクロオクタジエン、ジシクロペンタジエン、トリシクロペンタジエン、ノルボルナジエン等の脂肪族環状ポリエン化合物系、ビニルシクロペンテン、ビニルシクロヘキセン等の置換脂肪族環状オレフィン化合物系等が挙げられる。
成分(A)の有機化合物は、耐熱性をより向上し得るという観点からは、SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を成分(A)の有機化合物1gあたり0.001mol以上含有するものが好ましく、1gあたり0.005mol以上含有するものがより好ましく、0.008mol以上含有するものがさらに好ましい。
成分(A)の有機化合物のSiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合の数は、平均して1分子当たり少なくとも2個あればよいが、力学強度をより向上したい場合には2を越えることが好ましく、3個以上であることがより好ましい。成分(A)のSiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合の数が1分子内当たり1個以下の場合は、成分(B)と反応してもグラフト構造となるのみで架橋構造となりにくい。
成分(A)の有機化合物は、反応性が良好であるという観点から、1分子中にビニル基を1個以上含有していることが好ましく、1分子中にビニル基を2個以上含有していることがより好ましい。
また、貯蔵安定性が良好となりやすいという観点から、1分子中にビニル基を6個以下含有していることが好ましく、1分子中にビニル基を4個以下含有していることがより好ましい。
さらに、力学的耐熱性が高いという観点及び原料液の糸引き性が少なく成形性、取扱い性、塗布性が良好であるという観点から、分子量が900未満のものが好ましく、700未満のものがより好ましく、500未満のものがさらに好ましい。
成分(A)の有機化合物は、他の成分との均一な混合及び良好な作業性を得るために、23℃において1000ポイズ未満の粘度ものが好ましく、300ポイズ未満のものがより好ましく、30ポイズ未満のものがさらに好ましい。粘度はE型粘度計によって測定することができる。
また、着色、特に黄変の抑制の観点から、フェノール性水酸基及び/又はフェノール性水酸基の誘導体を有する化合物の含有量が少ないものが好ましく、フェノール性水酸基及び/又はフェノール性水酸基の誘導体を有する化合物を含まないものが好ましい。ここで、フェノール性水酸基とは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等に例示される芳香族炭化水素に直接結合した水酸基を示し、フェノール性水酸基の誘導体とは、上述のフェノール性水酸基の水素原子をメチル基、エチル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基等のアルケニル基、アセトキシル基等のアシル基等により置換された基を示す。
さらに、成分(A)の有機化合物は、得られるコーティング部材の着色が少なく、耐光性が高いという観点から、ビニルシクロヘキセン、ジシクロペンタジエン、トリアリルイソシアヌレート、2,2−ビス(4−ヒドロキシシクロヘキシル)プロパンのジアリルエーテル、1,2,4−トリビニルシクロヘキサンが好ましく、なかでも、トリアリルイソシアヌレート、2,2−ビス(4−ヒドロキシシクロヘキシル)プロパンのジアリルエーテル、1,2,4−トリビニルシクロヘキサンがより好ましい。
また、硬化性組成物の粘度を低減させる観点からは、ビニルシクロヘキセン、ジビニルベンゼン、1,2,4−トリビニルシクロヘキサン、トリアリルイソシアヌレートが特に好ましい。
成分(A)の有機化合物は、他の反応性基を有していてもよい。この場合の反応性基としては、エポキシ基、アミノ基、ラジカル重合性不飽和基、カルボキシル基、イソシアネート基、ヒドロキシル基、アルコキシシリル基等が挙げられる。これらの官能基を有している場合には得られる硬化性組成物の接着性が高くなりやすく、得られるコーティング部材の強度が高くなりやすい。接着性がより高くなり得るという点からは、エポキシ基が好ましい。また、得られるコーティング部材の耐熱性が高くなりやすいという点においては、反応性基を平均して1分子中に1個以上有していることが好ましい。
特に、成分(A)の有機化合物は、耐熱性・耐光性が高いという観点から、下記一般式(I)
Figure 2005136378
(式中、R1は炭素数1〜50の一価の有機基を表し、それぞれのR1は異なっていても同一であってもよい。)
で表されるトリアリルイソシアヌレート及びその誘導体であるか、これを含むものであることが特に好ましい。
一般式(I)のR1としては、得られるコーティング部材の耐熱性がより高くなり得るという観点からは、炭素数1〜20の一価の有機基であることが好ましく、炭素数1〜10の一価の有機基であることがより好ましく、炭素数1〜4の一価の有機基であることがさらに好ましい。
また、化学的な熱安定性が良好になりうるという観点からは、2個以下の酸素原子を含みかつ構成元素としてC、H及びOのみを含む炭素数1〜50の一価の有機基であることが好ましく、炭素数1〜50の一価の炭化水素基であることがより好ましい。
これらの好ましいR1の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基、ビニル基、アリル基、グリシジル基、
Figure 2005136378
等が挙げられる。
さらに、一般式(I)のR1として、得られるコーティング部材の各種材料との接着性が良好になり得るという観点からは、3つのR1のうち少なくとも1つがエポキシ基を1つ以上含む炭素数1〜50の一価の有機基であることが好ましく、
Figure 2005136378
で表されるエポキシ基を1個以上含む炭素数1〜50の一価の有機基であることがより好ましい。これらの好ましいR1の例としては、グリシジル基、
Figure 2005136378
等が挙げられる。
また、一般式(I)のR1として、反応性が良好になるという観点からは、3つのR1のうち少なくとも1つが
Figure 2005136378
で表される基を1個以上含む炭素数1〜50の一価の有機基であることが好ましく、下記一般式(IV)
Figure 2005136378
(式中、R4は水素原子又はメチル基を表す。)
で表される基を1個以上含む炭素数1〜50の一価の有機基であることがより好ましく、3つのR1のうち少なくとも2つが下記一般式(V)
Figure 2005136378
(式中、R5は結合手又は炭素数1〜48の二価の有機基であり、R6は水素原子又はメチル基を表す。)
で表される有機化合物(複数のR5及びR6はそれぞれ異なっていても同一であってもよい。)がさらに好ましい。
一般式(V)のR5は、得られるコーティング部材の耐熱性がより高くなり得るという観点からは、結合手又は炭素数1〜20の二価の有機基であることが好ましく、結合手又は炭素数1〜10の二価の有機基であることがより好ましく、結合手又は炭素数1〜4の二価の有機基であることがさらに好ましい。これらの好ましいR5の例としては、
Figure 2005136378
等が挙げられる。
一般式(V)のR5は、得られるコーティング部材の化学的な熱安定性が良好になり得るという観点からは、結合手又は2つ以下の酸素原子を含み、かつ構成元素としてC、H及びOのみを含む炭素数1〜48の二価の有機基であることが好ましく、結合手又は炭素数1〜48の二価の炭化水素基であることがより好ましい。これらの好ましいR5の例としては、
Figure 2005136378
等が挙げられる。
一般式(V)のR6は、水素原子又はメチル基であるが、反応性が良好であるという観点からは、水素原子が好ましい。
なお、一般式(I)で表される有機化合物においては、その分子中に、SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を2個以上含有していることが好ましく、耐熱性をより向上し得るという観点からは、1分子中に3個以上含有するものがより好ましい。
一般式(I)で表される有機化合物の好ましい具体例としては、トリアリルイソシアヌレート、
Figure 2005136378
等が挙げられる。
硬化性組成物の粘度を低減する観点からは、トリアリルイソシアヌレートが好ましい。
コーティング部材の接着性向上のためには、成分(A)としてはジアリルモノグリシジルイソシアヌレートが好ましい。
また、コーティング部材の接着性向上と耐光性を両立させるためには、成分(A)として、トリアリルイソシアヌレートとジアリルモノグリシジルイソシアヌレートとの混合物であることが好ましい。この混合物はイソシアヌル環骨格を有するため耐熱性の点からも有効である。混合比は任意に選択することができ、上記目的達成のためにはトリアリルイソシアヌレート/アリルモノグリシジルイソシアヌレート=9/1〜1/9(モル比)が好ましく、8/2〜2/8がさらに好ましく、7/3〜3/7が特に好ましい。
なお、成分(A)は、単独又は2種以上のものを混合して用いることが可能である。
成分(B)
成分(B)のケイ素化合物は、1分子中に少なくとも2個のSiH基を含有する化合物であれば特に限定されるものではなく、例えば、国際公開WO96/15194号に記載された化合物等が挙げられる。
これらのうち、入手の容易さから、1分子中に少なくとも2個のSiH基を有する鎖状及び/又は環状オルガノポリシロキサンが好ましく、成分(A)との相溶性が良いという観点からは、下記一般式(VI)
Figure 2005136378
(式中、R7は炭素数1〜6の有機基を表し、nは3〜10の数を表す。)
で表される、1分子中に少なくとも2個のSiH基を有する環状オルガノポリシロキサンがさらに好ましい。
一般式(VI)で表される化合物中の置換基R7は、C、H及びOから構成されるものが好ましく、炭化水素基がより好ましく、メチル基がさらに好ましい。
一般式(VI)で表される化合物としては、入手容易性の観点から、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンが好ましい。
成分(B)のケイ素化合物の分子量は特に限定されるものではなく、任意のものが好適に使用できる。コーティング部材の流動性をより発現しやすいという観点からは低分子量のものが好ましい。例えば、分子量が50以上であり、100,000以下、より好ましくは1,000以下、さらに好ましくは700以下である。
成分(A)の有機化合物と良好な相溶性を有するという観点及び成分(B)のケイ素化合物の揮発性が低くなり、得られる硬化性組成物からのアウトガスの問題が生じ難いという観点からは、成分(B)のケイ素化合物は、SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に1個以上含有する有機化合物(α)と、1分子中に少なくとも2個のSiH基を有する鎖状及び/又は環状のポリオルガノシロキサン(β)とを、ヒドロシリル化反応に付して得ることができる化合物であることが好ましい。
(成分α)
SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に1個以上含有する有機化合物である成分αは、この二重結合を1分子中に2個以上含有する有機化合物(成分α1)と、この二重結合を1分子中に1個含有する有機化合物(成分α2)とを含む。
成分α1としては、上記した成分(A)である、SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に少なくとも2個含有する有機化合物と同じものを用いることができる。成分α1を用いると得られるコーティング部材の架橋密度が高くなり、力学強度が高いコーティング部材となりやすい。
また、成分α2は、SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に1個含有する有機化合物であれば特に限定されないが、成分(B)が成分(A)と相溶性がよくなるという点において、ポリシロキサン−有機ブロックコポリマー、ポリシロキサン−有機グラフトコポリマーのようなシロキサン単位(Si−O−Si)を含むものではなく、構成元素としてC、H、N、O、S及びハロゲンのみを含むものであることが好ましい。)成分α2を用いることにより、得られるコーティング部材が低弾性となりやすい。
成分α2におけるSiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合の結合位置は特に限定されず、分子内のどこに存在してもよい。
成分α2の化合物は、重合体系化合物と単量体系化合物に分類できる。
重合体系化合物としては、例えば、ポリシロキサン系、ポリエーテル系、ポリエステル系、ポリアリレート系、ポリカーボネート系、飽和炭化水素系、不飽和炭化水素系、ポリアクリル酸エステル系、ポリアミド系、フェノール−ホルムアルデヒド系(フェノール樹脂系)、ポリイミド系の化合物が挙げられる。
また、単量体系化合物としては、例えば、フェノール系、ビスフェノール系、ベンゼン、ナフタレン等の芳香族炭化水素系:直鎖系、脂環系等の脂肪族炭化水素系:複素環系の化合物、シリコン系の化合物およびこれらの混合物等が挙げられる。
成分α2のSiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合としては特に限定されず、上述した一般式(II)で示される基が反応性の点から好適である。また、原料の入手の容易さからは、上述した式(IIa)で示される基が特に好ましい。
さらに、コーティング部材の耐熱性が高いという観点から、上述した一般式(III)で表される部分構造を環内に有する脂環式の基が好適である。また、原料の入手の容易さからは、上述した式(IIIa)で表される部分構造を環内に有する脂環式の基が好適である。
SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合は成分α2の骨格部分に直接結合していてもよく、2価以上の置換基を介して共有結合していてもよい。2価以上の置換基としては炭素数0〜10の置換基であれば特に限定されないが、成分(B)が成分(A)と相溶性がよくなりやすいという点においては、構成元素としてC、H、N、O、S、およびハロゲンのみを含むものが好ましい。これらの置換基の例としては、上述の「化5」で例示したものと同様のものが挙げられる。また、これらの2価以上の置換基の2つ以上が共有結合によりつながって1つの2価以上の置換基を構成していてもよい。
骨格部分に共有結合する基の例としては、成分(A)のところで例示した共有結合基と同様のものが挙げられる。
成分α2の具体例としては、プロペン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、1−ドデセン、1−ウンデセン、出光石油化学社製リニアレン、4,4−ジメチル−1−ペンテン、2−メチル−1−ヘキセン、2,3,3−トリメチル−1−ブテン、2,4,4−トリメチル−1−ペンテン等のような鎖状脂肪族炭化水素系化合物類、シクロヘキセン、メチルシクロヘキセン、メチレンシクロヘキサン、ノルボルニレン、エチリデンシクロヘキサン、ビニルシクロヘキサン、カンフェン、カレン、αピネン、βピネン等のような環状脂肪族炭化水素系化合物類、スチレン、αメチルスチレン、インデン、フェニルアセチレン、4−エチニルトルエン、アリルベンゼン、4−フェニル−1−ブテン等のような芳香族炭化水素系化合物、アルキルアリルエーテル、アリルフェニルエーテル等のアリルエーテル類、グリセリンモノアリルエーテル、エチレングリコールモノアリルエーテル、4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン等の脂肪族系化合物類、1,2−ジメトキシ−4−アリルベンゼン、o−アリルフェノール等の芳香族系化合物類、モノアリルジベンジルイソシアヌレート、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート等の置換イソシアヌレート類、ビニルトリメチルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリフェニルシラン等のシリコン化合物等が挙げられる。さらに、片末端アリル化ポリエチレンオキサイド、片末端アリル化ポリプロピレンオキサイド等のポリエーテル系樹脂、片末端アリル化ポリイソブチレン等の炭化水素系樹脂、片末端アリル化ポリブチルアクリレート、片末端アリル化ポリメチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、等の片末端にビニル基を有するポリマーあるいはオリゴマー類等を挙げることができる。
成分α2の構造は、線状でも枝分かれ状でもよく、分子量は特に限定されることなく、種々のものを用いることができる。分子量分布も、特に制限ないが、混合物の粘度が低くなり成形性が良好となりやすいという点においては、分子量分布が3以下であることが好ましく、2以下であることがより好ましく、1.5以下であることがさらに好ましい。
成分α2に、ガラス転位温度が存在する場合は、特に限定はなく種々のものが用いられるが、得られるコーティング部材が強靭となりやすいという点から、ガラス点移転温度が100℃以下であることが好ましく、50℃以下であることがより好ましく、0℃以下であることがさらに好ましい。成分α2としては、ポリブチルアクリレート等が挙げられる。
一方、得られるコーティング部材の耐熱性が高くなるという点から、ガラス転位温度は100℃以上であることが好ましく、120℃以上であることがより好ましく、150℃以上であることがさらに好ましく、170℃以上であることが最も好ましい。ガラス転位温度は動的粘弾性測定においてtanδが極大を示す温度として求めることができる。
成分α2としては、得られるコーティング部材の耐熱性が高くなるという点から、炭化水素化合物であることが好ましい。この場合の好ましい炭素数の下限は7であり、上限は10である。
成分α2は、その他の反応性基を有していてもよい。この場合の反応性基としては、エポキシ基、アミノ基、ラジカル重合性不飽和基、カルボキシル基、イソシアネート基、ヒドロキシル基、アルコキシシリル基等が挙げられる。これらの官能基を有している場合には得られる硬化性組成物の接着性が高くなりやすく、得られるコーティング部材の強度が高くなりやすい。接着性がより高くなりうるという点からは、これらの官能基のうちエポキシ基が好ましい。また、得られるコーティング部材の耐熱性が高くなりやすいという点においては、反応性基を平均して1分子中に1個以上有していることが好ましい。具体的には、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート、アリルグリシジルエーテル、アリロキシエチルメタクリレート、アリロキシエチルアクリレート、ビニルトリメトキシシラン等が挙げられる。
成分α2は、単一のものを用いてもよいし、複数のものを組み合わせて用いてもよい。
(成分β)
成分βは、1分子中に少なくとも2個のSiH基を有する鎖状及び/又は環状のポリオルガノシロキサンを含む限り、その種類は特に限定されない。例えば、
Figure 2005136378
Figure 2005136378
等が挙げられる。
ここで、成分αとの相溶性が良くなりやすいという観点からは、上述した一般式(VI)の化合物が好ましい。
なお、成分βは、単独又は2種以上のものを混合して用いることができる。
(成分αと成分βとの反応)
成分αと成分βとをヒドロシリル化反応に付する場合、これらの混合比率は、特に限定されないが、得られる成分(B)と成分(A)とのヒドロシリル化によるコーティング部材の強度を考えた場合、成分(B)のSiH基が多い方が好ましいため、一般に混合する成分α中のSiH基との反応性を有する炭素−炭素二重結合の総数(X)と、混合する成分β中のSiH基の総数(Y)との比が、Y/X≧2となるように設定することが好ましく、Y/X≧3であることがより好ましい。
また、成分(B)の成分(A)との相溶性がよくなりやすいという点からは、5≧Y/Xであることが好ましく、10≧Y/Xであることがより好ましい。
成分αと成分βとをヒドロシリル化反応させる場合には適当な触媒を用いてもよい。
触媒としては、例えば、白金の単体;アルミナ、シリカ、カーボンブラック等の担体に固体白金を担持させたもの;塩化白金酸;塩化白金酸とアルコール、アルデヒド、ケトン等との錯体;白金−オレフィン錯体(例えば、Pt(CH2=CH22(PPh32、Pt(CH2=CH22Cl2);白金−ビニルシロキサン錯体(例えば、Pt(ViMe2SiOSiMe2Vi)n、Pt[(MeViSiO)4m);白金−ホスフィン錯体(例えば、Pt(PPh34、Pt(PBu34);白金−ホスファイト錯体(例えば、Pt[P(OPh)34、Pt[P(OBu)34);ジカルボニルジクロロ白金;カールシュテト(Karstedt)触媒;アシュビー(Ashby)の米国特許第3159601号及び3159662号明細書中に記載された白金−炭化水素複合体;ラモロー(Lamoreaux)の米国特許第3220972号明細書中に記載された白金アルコラート触媒;モディック(Modic)の米国特許第3516946号明細書中に記載された塩化白金−オレフィン複合体等が挙げられる。なお、上記の式中、Meはメチル基、Buはブチル基、Viはビニル基、Phはフェニル基を表し、n、mは、整数を示す。また、RhCl(PPh)3、RhCl3、RhAl23、RuCl3、IrCl3、FeCl3、AlCl3、PdCl2・2H2O、NiCl2、TiCl4等の白金化合物以外の触媒を用いてもよい。これらの触媒は単独で使用してもよいし、2種以上併用してもよい。なかでも、触媒活性の点から、塩化白金酸、白金−オレフィン錯体、白金−ビニルシロキサン錯体等が好ましい。
触媒の添加量は特に限定されないが、十分な硬化性を有し、かつ硬化性組成物のコストを比較的低く抑えるため、成分βのSiH基1モルに対して10-8モル以上、より好ましくは10-6モル以上であり、10-1モル以下、より好ましくは10-2モル以下である。
また、上記触媒には助触媒を併用してもよい。助触媒としては、トリフェニルホスフィン等のリン系化合物、マレイン酸ジメチル等の1、2−ジエステル系化合物、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−ブチン等のアセチレンアルコール系化合物、単体の硫黄等の硫黄系化合物、トリエチルアミン等のアミン系化合物等が挙げられる。
助触媒の添加量は特に限定されないが、ヒドロシリル化触媒1モルに対して10-2モル以上、より好ましくは10-1モル以上であり、102モル以下、より好ましくは10モル以下である。
成分α、成分β及び触媒を混合する方法としては、各種方法をとることができるが、成分αに触媒を混合したものを、成分βに混合する方法が好ましい。成分α、成分βの混合物に触媒を混合する方法の場合、反応の制御が困難である。成分βに触媒を混合したものに成分αを混合する方法の場合、触媒の存在下、成分βが、混入している水分と反応性を有するため、変質することがある。
反応温度としては種々設定できるが、30℃以上、より好ましくは50℃以上であり、200℃以下、より好ましくは150℃以下である。反応温度が低いと十分に反応させるための反応時間が長くなり、反応温度が高いと実用的でない。反応は一定の温度で行ってもよいし、必要に応じて多段階又は連続的に温度を変化させてもよい。
反応時間、反応時の圧力は、必要に応じ種々設定できる。
ヒドロシリル化反応の際、溶媒を使用してもよい。
溶媒としては、ヒドロシリル化反応を阻害しない限り特に限定されるものではなく、例えば、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、ヘプタン等の炭化水素系溶媒、テトラヒドロフラン、1, 4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル等のエーテル系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒、クロロホルム、塩化メチレン、1, 2−ジクロロエタン等のハロゲン系溶媒を好適に用いることができる。使用する溶媒量は適宜調整することができる。溶媒は2種類以上の混合溶媒として用いてもよい。
また、ヒドロキシル化反応の際には、反応性を制御する目的等のために種々の添加剤を用いてもよい。
成分αと成分βを反応させて成分(B)を得た際、得られた成分(B)を単離することなく混合物のままで用いてもよいし、未反応の成分及び/又は溶媒を除去してもよい。揮発分を除去する場合には、得られる成分(B)が揮発分を有さないため、成分(A)とともに硬化させる際に、揮発分の揮発によるボイド、クラックの問題が生じにくい。揮発分を除去する方法としては、例えば、減圧脱揮;活性炭、ケイ酸アルミニウム、シリカゲル等による処理等が挙げられる。減圧脱揮する場合には低温(例えば、100℃以下、好ましくは60℃以下)で処理することが好ましい。高温で処理すると増粘等の変質を伴いやすい。
成分αと成分βとの反応物である成分(B)の例としては、ジビニルベンゼンと1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンとの反応物、ビスフェノールAジアリルエーテルと1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンとの反応物、ビニルシクロヘキセンと1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンとの反応物、ジシクロペンタジエンと1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンとの反応物、トリアリルイソシアヌレートと1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンとの反応物、ジアリルモノグリシジルイソシアヌレートと1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンとの反応物、アリルグリシジルエーテルと1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンとの反応物、αメチルスチレンと1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンとの反応物、モノアリルジグリシジルイソシアヌレートと1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンとの反応物等を挙げることができる。
得られる硬化性組成物が低粘度になる点から、ジビニルベンゼンと1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンとの反応物、αメチルスチレンと1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンとの反応物が好ましい。
コーティング部材の耐熱性・耐光性の点から、ジビニルベンゼンと1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンとの反応物、トリアリルイソシアヌレートと1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンとの反応物が好ましい。
また、耐熱性・耐光性・接着性の点から、ジアリルモノグリシジルイソシアヌレートと1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンとの反応物、モノアリルジグリシジルイソシアヌレートと1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンとの反応物が好ましい。
成分(B)のケイ素化合物は、単独又は2種以上のものを混合して用いることができる。
成分(C)
成分(C)のヒドロシリル化触媒としては、ヒドロシリル化反応の触媒活性があれば、特に限定されず、成分αと成分βとのヒドロシリル化反応に使用することができる触媒と同様のものが挙げられる。また、好ましい触媒の例、添加量、助触媒についても、上記と同様のものが挙げられる。
なお、成分(C)のヒドロシリル化触媒に、硬化性組成物の保存安定性を改良する目的又は製造過程でのヒドロシリル化反応の反応性を調整する目的で、硬化遅延剤を併用して使用してもよい。
硬化遅延剤としては、脂肪族不飽和結合を含有する化合物、有機リン化合物、有機イオウ化合物、窒素含有化合物、スズ系化合物、有機過酸化物等の1種又は2種以上が挙げられる。
脂肪族不飽和結合を含有する化合物としては、プロパギルアルコール類、エン−イン化合物類、マレイン酸エステル類等が例示される。有機リン化合物としては、トリオルガノフォスフィン類、ジオルガノフォスフィン類、オルガノフォスフィン類、トリオルガノフォスファイト類等が例示される。有機イオウ化合物としては、オルガノメルカプタン類、ジオルガノスルフィド類、硫化水素、ベンゾチアゾール、ベンゾチアゾールジサルファイド等が例示される。窒素含有化合物としては、アンモニア、1〜3級アルキルアミン類、アリールアミン類、尿素、ヒドラジン等が例示される。スズ系化合物としては、ハロゲン化第一スズ2水和物、カルボン酸第一スズ等が例示される。有機過酸化物としては、ジ−t−ブチルペルオキシド、ジクミルペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、過安息香酸t−ブチル等が例示される。
これらの硬化遅延剤のうち、遅延活性が良好で原料入手性がよいという観点からは、ベンゾチアゾール、チアゾール、マレイン酸ジメチル、3−ヒドロキシ−3−メチル−1−ブチンが好ましい。
硬化遅延剤の添加量は種々設定できるが、使用するヒドロシリル化触媒1molに対して10-1モル以上、より好ましくは1モル以上であり、103モル以下、より好ましくは50モル以下である。
成分(D)
成分(D)のシランカップリング剤としては、分子中に有機基と反応性のある官能基と、加水分解性のケイ素基とを各々少なくとも1個有する化合物が挙げられる。
例えば、有機基と反応性のある官能基としては、取扱い性の点からエポキシ基、メタクリル基、アクリル基、イソシアネート基、イソシアヌレート基、ビニル基及びカルバメート基から選ばれる少なくとも1個の官能基が好ましく、硬化性及び接着性の点から、エポキシ基、メタクリル基、アクリル基が、特に好ましい。
加水分解性のケイ素基としては、取扱い性の点からアルコキシシリル基が好ましく、反応性の点からメトキシシリル基、エトキシシリル基が、特に好ましい。
シランカップリング剤としては、例えば、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、2−(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、2−(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン等のエポキシ官能基を有するアルコキシシラン類:3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシメチルトリメトキシシラン、メタクリロキシメチルトリエトキシシラン、アクリロキシメチルトリメトキシシラン、アクリロキシメチルトリエトキシシラン等のメタクリル基あるいはアクリル基を有するアルコキシシラン類等が挙げられる。
成分(D)のエポキシ基含有化合物としては、種々のエポキシ樹脂が例示される。例えば、ノボラックフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、2,2’−ビス(4−グリシジルオキシシクロヘキシル)プロパン、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ーボキシレート、ビニルシクロヘキセンジオキサイド、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)−5,5−スピロ−(3,4−エポキシシクロヘキサン)−1,3−ジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシル)アジペート、1,2−シクロプロパンジカルボン酸ビスグリシジルエステル、トリグリシジルイソシアヌレート、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート、ジアリルモノグリシジルイソシアヌレート等のエポキシ樹脂を、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、水素化メチルナジック酸無水物等の脂肪族酸無水物で硬化させたもの等が挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いても、複数のものを組み合わせてもよい。
成分(D)のシランカップリング剤及び/又はエポキシ基含有化合物の添加量は種々設定できるが、[成分(A)+成分(B)]100重量部に対して0.1重量部以上、より好ましくは0.5重量部以上であり、50重量部以下、より好ましくは25重量部以下である。添加量が少ないと接着性改良効果が表れず、添加量が多いとコーティング部材の物性に悪影響を及ぼす場合がある。
また、成分(D)のシランカップリング剤及び/又はエポキシ基含有化合物には、接着性改良効果をさらに高めるために、シラノール源化合物を併用してもよい。
シラノール源としては、例えば、トリフェニルシラノール、ジフェニルジヒドロキシシラン等のシラノール化合物、ジフェニルジメトキシシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン類等を挙げることができる。シラノール源化合物は単独で使用してもよく、2種以上併用してもよい。
シラノール源化合物を用いる場合の使用量は種々設定できるが、シランカップリング剤及び/又はエポキシ基含有化合物100重量部に対して、0.1重量部以上、より好ましくは1重量部以上であり、50重量部以下、より好ましくは30重量部以下である。添加量が少ないと接着性改良効果が表れず、添加量が多いとコーティング部材の物性に悪影響を及ぼす場合がある。
さらに、成分(D)のシランカップリング剤及び/又はエポキシ基含有化合物は、これらの効果を高めるために、カルボン酸類及び/又は酸無水物類を併用してもよい。
カルボン酸類、酸無水物類としては特に限定されないが、例えば、
Figure 2005136378
等の化合物、2−エチルヘキサン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、メチルシクロヘキサンジカルボン酸、テトラヒドロフタル酸、メチルテトラヒドロフタル酸、メチルハイミック酸、ノルボルネンジカルボン酸、水素化メチルナジック酸、マレイン酸、アセチレンジカルボン酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸、安息香酸、ヒドロキシ安息香酸、桂皮酸、フタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、ナフタレンカルボン酸、ナフタレンジカルボン酸、およびそれらの単独あるいは複合酸無水物等が挙げられる。
これらのカルボン酸類及び/又は酸無水物類のうち、ヒドロシリル化反応性を有し、コーティング部材からの染み出しの可能性が少なく、得られるコーティング部材の物性を損ない難いという点において、SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を含有するものが好ましい。このようなカルボン酸類及び/又は酸無水物類としては、例えば、
Figure 2005136378
テトラヒドロフタル酸、メチルテトラヒドロフタル酸およびそれらの単独あるいは複合酸無水物等が挙げられる。これらのカルボン酸類及び/又は酸無水物類は単独で使用してもよく、2種以上併用してもよい。
カルボン酸類及び/又は酸無水物類を用いる場合の使用量は種々設定できるが、シランカップリング剤及び/又はエポキシ基含有化合物100重量部に対して、0.1重量部以上、より好ましくは1重量部以上であり、50重量部以下、より好ましくは10重量部以下である。添加量が少ないと接着性改良効果が表れず、添加量が多いとコーティング部材の物性に悪影響を及ぼす場合がある。
なお、この成分(D)のシランカップリング剤及び/又はエポキシ基含有化合物は、以下の成分(E)であるシラノール縮合触媒と組み合わせることにより、コーティング部材にパッケージ樹脂との接着性を与える成分として有効に作用する。
成分(E)
成分(E)のシラノール縮合触媒としては特に限定されず、有機アルミニウム化合物、ほう酸エステル、チタン系化合物等が挙げられる。なかでも、硬化時及び高温下での着色性が低い点から、ほう酸エステルが好ましい。また、接着性の向上及び/又は安定化が可能である点から、チタン系化合物を用いることもできる。
有機アルミニウム化合物としては、トリメトキシアルミニウム、トリエトキシアルミニウム、トリイソプロポキシアルミニウム、トリノルマルプロポキシアルミニウム等のアルミニウムアルコラート化合物;ナフテン酸、ステアリン酸、オクチル酸、安息香酸等のアルミニウム有機酸塩;アルミニウムエチルアセトアセトアセテートジイソプロピレート、アルミニウムエチルアセトアセトアセテートジイソブチレート、アルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)、アルミニウムビスエチルアセトアセテートモノアセチルアセトネート、アルミニウムトリス(アセチルアセトネート)等のアルミニウムキレート化合物等が挙げられる。なかでも、反応性、基材との接着性・密着性の観点から、アルミニウムキレート及びアルミニウムアルコラートが好ましく、さらにヒドロシリル化硬化反応との相性からアルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)が好ましい。
ほう酸エステルとしては、下記一般式(VII)及び一般式(VIII)
B(OR83 (VII)
B(OCOR83 (VIII)
(式中、R8は炭素数1〜48の有機基を表す。)
で示されるものを好適に用いることができる。
具体的には、ほう酸トリ−2−エチルヘキシル、ほう酸ノルマルトリオクタデシル、ほう酸トリノルマルオクチル、ほう酸トリフェニル、トリメチレンボレート、トリス(トリメチルシリル)ボレート、ほう酸トリノルマルブチル、ほう酸トリ−sec−ブチル、ほう酸トリ−tert−ブチル、ほう酸トリイソプロピル、ほう酸トリノルマルプロピル、ほう酸トリアリル、ほう酸トリエチル、ほう酸トリメチル、ほう素メトキシエトキサイドが挙げられる。
入手性の点から、ほう酸トリメチル、ほう酸トリエチル、ほう酸トリノルマルブチルが好ましく、ほう酸トリメチルがさらに好ましい。
また、硬化時の揮発性を抑制できる点から、ほう酸ノルマルトリオクタデシル、ほう酸トリノルマルオクチル、ほう酸トリフェニル、トリメチレンボレート、トリス(トリメチルシリル)ボレート、ほう酸トリノルマルブチル、ほう酸トリ−sec−ブチル、ほう酸トリ−tert−ブチル、ほう酸トリイソプロピル、ほう酸トリノルマルプロピル、ほう酸トリアリル、ほう素メトキシエトキサイドが好ましく、ほう酸ノルマルトリオクタデシル、ほう酸トリ−tert−ブチル、ほう酸トリフェニル、ほう酸トリノルマルブチルがさらに好ましい。
さらに、揮発性の抑制、作業性の点から、ほう酸トリノルマルブチル、ほう酸トリイソプロピル、ほう酸トリノルマルプロピルが好ましく、ほう酸トリノルマルブチルがさらに好ましい。
また、高温下での着色性が低い点から、ほう酸トリエチルが好ましく、ほう酸トリメチルがさらに好ましい。
チタン系化合物としては、テトライソプロポキシチタン、テトラブトキシチタン等のテトラアルコキシチタン類:チタンテトラアセチルアセトナート等のチタンキレート類:オキシ酢酸やエチレングリコール等の残基を有する一般的なチタネートカップリング剤が例示できる。
シラノール縮合触媒を用いる場合の使用量は種々設定できるが、シランカップリング剤及び/又はエポキシ基含有化合物100重量部に対して0.1重量部以上、より好ましくは1重量部以上であり、50重量部以下、より好ましくは30重量部以下である。添加量が少ないと接着性改良効果が表れず、添加量が多いとコーティング部材の物性に悪影響を及ぼす場合がある。
なお、シラノール縮合触媒は、1種類のみを用いてもよく、2種類以上を混合して用いてもよい。混合は事前に行なってもよいし、コーティング部材の作成時に行ってもよい。
成分(F)
成分(F)である無機部材は、硬化性組成物中に分散することにより、外部から照射された光を反射、散乱及び/又は拡散等させることができる材料であることが好ましい。
例えば、アルミナ、シリカ(ヒュームシリカ、沈降性シリカ、溶融シリカ、結晶シリカ、超微粉無定形シリカ、無水珪酸等)、石英、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛、一酸化錫、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム等の酸化物、窒化硼素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の金属窒化物、SiC等の金属炭化物、炭酸カルシウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム等の金属炭酸塩、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物、ほう酸アルミニウム、チタン酸バリウム、リン酸カルシウム、珪酸カルシウム、クレー、石膏、硫酸バリウム、マイカ、ケイソウ土、白土、無機バルーン、タルク、蛍光物質、金属片(銀粉等)等からなる群から選択される少なくとも1種が挙げられる。
コーティング部材中の無機部材の配合量は特に限定されないが、コーティング部材全体量の0.1〜90重量%である。塗布性の点から、80重量%以下、より好ましくは70重量%以下、さらに好ましくは50重量%以下、特に好ましくは40重量%以下、より特に好ましくは30重量以下である。配合量が多いと塗布性が低下し、塗布不良のため反射性が低下する。反射性の点から、5重量%以上、より好ましくは10重量%以上、さらに好ましくは30重量%以上、特に好ましくは40重量%以上、より特に好ましくは50重量%以上である。塗布性と反射性の両立のためには、10重量%以上80重量%以下、さらに好ましくは20重量%以上70重量%以下、特に好ましくは30重量%以上60重量%以下である。
無機部材は、分散性や反射性等を考慮して球状、針状、フレーク状等種々の形状をとることができる。
特に、酸化チタンは、高い白色度、隠ぺい力、優れた耐久性の観点からコーティング部材の無機部材として好ましい。耐久性の観点から、その結晶形はルチル型が好ましい。また、粒子径は分散性の点から1.0μm以下が好ましく、0.8μm以下がより好ましく、0.4μm以下がさらに好ましい。また、隠ぺい力の点からは、0.1μm以上が好ましく、0.2μm以上がさらに好ましい。なお、酸化チタンの平均粒子径は、電子顕微鏡写真をもとに画像解析装置(ルーゼックスIIIU)にて測定することができる。酸化チタンは硫酸法及び塩素法のいずれで製造されたものも好適に用いることができる。
また、樹脂との親和性をよくするためにAlやSiなどの含水酸化物でその表面を処理したものも好適に用いることができる。例えば、石原産業株式会社製 タイペークR−820、R−680、CR−50−2、CR−97、CR−60、CR−60−2等が挙げられる。
また、アルミナ、シリカ、窒化硼素、窒化アルミニウム等は、耐侯性に強く、高反射率を維持させることができる。
さらに、硬化性組成物にチクソ性を付与し、増粘効果を付与できる点から、酸化チタンとシリカとを併用することが好ましい。シリカは、一次粒子の平均粒子径が3〜20nmであることが好ましく、5〜10nmであることが特に好ましい。シリカの平均粒子径は電子顕微鏡写真をもとに計測することができる。
なお、シリカは、チクソ性付与の点からは表面処理をしていないことが好ましい。例えば、日本アエロジル株式会社製のAEROSIL 300、130、200等を好適に用いることができる。一方、増粘効果の点からは表面処理をしていることが好ましい。例えば、日本アエロジル株式会社製のAEROSIL R812、R972、R974、R976、RX200、RX300等を好適に用いることができる。
また、蛍光物質は、遮蔽効果を有しており、さらに窒化物系化合物半導体から放出された可視光、紫外光を他の発光波長に変換するためのものである。したがって、LEDチップが発光した光と、LEDチップからの光によって励起され発光する蛍光物質からの光が補色関係にあるとき白色系光を発光させることができ、発光ダイオードの特性をより向上させることができる。
蛍光物質は、LEDチップに用いられる発光層から発光される発光波長、発光ダイオードから放出される所望の発光波長等に応じて種々ものが用いられる。例えば、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系(いわゆるYAG)蛍光物質、ペリレン系誘導体、銅、アルミニウムで付活された硫化亜鉛カドミウム、マンガンで付活された酸化マグネシウム・チタンなど種々のものが挙げられる。これらの蛍光物質は、1種類で用いてもよいし、2種類以上混合して用いてもよい。特に、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光物質(Re3Re’512:Ce、但し、Reは、Y、Gd、Lu、Sc、Laから選択される少なくとも一種、Re’は、Al、In、B、Tlから選択される少なくとも一種である。)は、ガーネット構造であるため、熱、光及び水に強く、励起スペクトルのピークが450nm付近にさせることができる。また、発光ピークも530nm付近などにあり、700nmまで裾を引くブロードな発光スペクトルを持たせることができる。しかも、組成のAlの一部をGaで置換することで発光波長が短波長側にシフトし、また組成のYの一部をGdで置換することで、発光波長が長波長側へシフトさせることができる。このように組成を変化させることで連続的に種々の発光波長とすることができる。
なお、所望に応じて発光波長を長波長や短波長側に調節させるため、イットリウムの一部をLu、Sc、Laに置換させることもできるし、アルミニウムの一部をIn、B、Tlに置換させることもできる。さらに、セリウムに加えて、TbやCrを微量含有させ、吸収波長を調整させることもできる。
特に、蛍光物質の使用量は、変換性が良好である点から、コーティング部材の全体量の5重量%以上、より好ましくは10重量%以上、さらに好ましくは30重量%以上、特に好ましくは40重量%以上、より特に好ましくは50重量%以上である。
蛍光物質に加えて、拡散剤を含有させることによって、より指向性を増すことができる。拡散剤としては、無機系であるチタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等、有機系であるグアナミン樹脂等が挙げられる。
硬化性組成物の調製
硬化性組成物は、上述した成分(A)〜(E)、任意に(F)を混合し、組成物中のSiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合と、SiH基の一部または全部とを反応させることによって調製することができる。
成分(A)〜(E)、任意に(F)の混合は、特に限定されるものではなく、成分(A)〜(E)を一度に混合して反応させた後、成分(F)を混合してもよいし、成分(A)〜(E)の一部を混合して反応させた後、成分(F)を加え、残りの成分を混合してさらに反応させてもよい。また、例えば、反応性を制御するため及び/又は貯蔵中の変質を防ぐために、成分(A)、成分(C)及び成分(E)を混合したものと、成分(B)、成分(D)を混合したものとを混合し、その後成分(F)を混合するのが好ましい。さらに、任意の成分を混合した後、反応条件の制御や置換基の反応性の差を利用することにより、硬化性組成物中の官能基の一部のみを反応(Bステージ化)させてから成形などの処理を行い、さらに硬化させる方法を採ってもよい。この方法によれば成形時の粘度調整が容易となる。
成分(A)〜(E)と成分(F)とは、例えば、3本ロール、ペイントミル、ボールミル等を用いて混練し、混練後、真空脱泡することにより、分散性に優れたコーティング部材を得ることができる。また、10g以下の少量であれば、遊星式攪拌脱泡機で攪拌することも可能である。
成分(A)〜(E)は、室温で反応させてもよいし、加熱して反応させてもよい。反応が速く、一般に耐熱性の高い材料が得られやすいという観点から加熱して反応させる方法が好ましい。反応温度としては種々設定できるが、例えば30〜300℃の温度が適用でき、50〜250℃がより好ましく、100〜200℃がさらに好ましい。反応温度が低いと十分に反応させるための反応時間が長くなり、反応温度が高いと成形加工が困難となりやすい。
反応は一定の温度で行ってもよいが、必要に応じて多段階又は連続的に温度を変化させてもよい。また、反応時間も種々設定できる。例えば、60℃/1〜10分間で予備硬化させ、100℃/1〜60分間で硬化させる方法をとることができる。反応時の圧力も必要に応じ種々設定でき、常圧、高圧又は減圧状態とすることができる。
その他の成分(a)〜(h)
硬化性組成物には、上記成分(A)〜(F)の他に、さらに、(a)熱硬化性樹脂、(b)熱可塑性樹脂、(c)充填材、(d)老化防止剤、(e)ラジカル禁止剤、(f)紫外線吸収剤、(g)着色剤、離型剤、難燃剤、難燃助剤、界面活性剤、消泡剤、乳化剤、レベリング剤、はじき防止剤、イオントラップ剤、チクソ性付与剤、粘着性付与剤、保存安定改良剤、オゾン劣化防止剤、光安定剤、増粘剤、可塑剤、反応性希釈剤、酸化防止剤、熱安定化剤、導電性付与剤、帯電防止剤、放射線遮断剤、核剤、リン系過酸化物分解剤、滑剤、染料、顔料、金属不活性化剤、熱伝導性付与剤、物性調整剤等の1種以上を本発明の目的および効果を損なわない範囲において添加することができる。また、硬化性組成物は、(h)溶剤に溶解して用いてもよい。これらの各種物質は、それぞれ単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
(a)熱硬化性樹脂としては、特に限定されるものではなく、例えば、エポキシ樹脂、シアネートエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、ビスマレイミド樹脂等が例示される。 これらの熱硬化性樹脂は単独で用いても、複数のものを組み合わせてもよい。なかでも、接着性等の実用特性に優れるという観点から、エポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂としては、成分(D)のエポキシ基含有化合物で例示したものと同様のものが挙げられる。
熱硬化性樹脂の添加量は、特に限定されないが、硬化性組成物全体の5重量%以上、より好ましくは10重量%以上であり、50重量%以下、より好ましくは30重量%以下である。添加量が少ないと、接着性等目的とする効果が得られにくいし、添加量が多いと脆くなりやすい。
熱硬化樹脂は、樹脂原料及び/又は硬化させたものを、成分(A)及び/又は成分(B)に溶解させて均一な状態として混合してもよいし、粉砕して粒子状態で混合してもよいし、溶媒に溶解させて混合する等して分散状態としてもよい。得られるコーティング部材がより均一になりやすいという点においては、成分(A)及び/又は成分(B)に溶かして均一な状態として混合することが好ましい。この場合も、熱硬化性樹脂を成分(A)及び/又は成分(B)に直接溶解させてもよいし、溶媒等を用いて均一に混合してもよいし、その後溶媒を除いて均一な分散状態及び/又は混合状態としてもよい。
熱硬化性樹脂を分散させて用いる場合は、平均粒子径は種々設定できるが、10nm以上、10μm以下が好ましい。粒子系の分布はあってもよく、単一分散であっても複数のピーク粒径を有していてもよいが、コーティング部材の粘度が低く塗布性が良好となりやすいという観点からは粒子径の変動係数が10%以下であることが好ましい。
(b)熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、メチルメタクリレートの単独重合体あるいはメチルメタクリレートと他モノマーとのランダム、ブロック、あるいはグラフト重合体等のポリメチルメタクリレート系樹脂(例えば、日立化成社製オプトレッツ等)、ブチルアクリレートの単独重合体あるいはブチルアクリレートと他モノマーとのランダム、ブロック、あるいはグラフト重合体等のポリブチルアクリレート系樹脂等に代表されるアクリル系樹脂、ビスフェノールA、3,3,5−トリメチルシクロヘキシリデンビスフェノール等をモノマー構造として含有するポリカーボネート樹脂等のポリカーボネート系樹脂(例えば、帝人社製APEC等)、ノルボルネン誘導体、ビニルモノマー等を単独あるいは共重合した樹脂、ノルボルネン誘導体を開環メタセシス重合させた樹脂、あるいはその水素添加物等のシクロオレフィン系樹脂(例えば、三井化学社製APEL、日本ゼオン社製ZEONOR、ZEONEX、JSR社製ARTON等)、エチレンとマレイミドの共重合体等のオレフィン−マレイミド系樹脂(例えば、東ソー社製TI−PAS等)、ビスフェノールA、ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル)フルオレン等のビスフェノール類やジエチレングリコール等のジオール類とテレフタル酸、イソフタル酸、等のフタル酸類や脂肪族ジカルボン酸類を重縮合させたポリエステル等のポリエステル系樹脂(例えば、鐘紡社製O−PET等)、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の他、天然ゴム、EPDM等のゴム状樹脂が例示される。
熱可塑性樹脂は、分子中にSiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合及び/又はSiH基を有していてもよい。得られるコーティング部材がより強靭となりやすいという点から、分子中にSiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合及び/又はSiH基を平均して1分子中に1個以上有していることが好ましい。
熱可塑性樹脂は、その他の架橋性基を有していてもよい。この場合の架橋性基としては、エポキシ基、アミノ基、ラジカル重合性不飽和基、カルボキシル基、イソシアネート基、ヒドロキシル基、アルコキシシリル基等が挙げられる。得られるコーティング部材の耐熱性が高くなりやすいという点から、架橋性基を平均して1分子中に1個以上有していることが好ましい。
熱可塑性樹脂の分子量は、特に限定されないが、成分(A)や成分(B)との相溶性が良好となりやすいという点から、数平均分子量が10000以下であることが好ましく、5000以下であることがより好ましい。逆に、得られるコーティング部材が強靭となりやすいという点から、数平均分子量が10000以上であることが好ましく、100000以上であることがより好ましい。分子量分布は特に限定されないが、硬化性組成物の粘度が低くなりコーティング性が良好となりやすいという点から、分子量分布が3以下であることが好ましく、2以下であることがより好ましく、1.5以下であることがさらに好ましい。
熱可塑性樹脂の配合量は特に限定はないが、硬化性組成物全体に対して5重量%以上、より好ましくは10重量%以上であり、50重量%以下、より好ましくは30重量%以下である。添加量が少ないと得られるコーティング部材が脆くなりやすく、多いと耐熱性(高温での弾性率)が低くなりやすい。
熱可塑性樹脂は、成分(A)及び/又は成分(B)に溶かして均一な状態として混合してもよいし、粉砕して粒子状態で混合してもよいし、溶媒に溶かして混合する等して分散状態としてもよい。得られるコーティング部材がより均一になりやすいという点から、成分(A)及び/又は成分(B)に溶かして均一な状態として混合することが好ましい。この場合も、熱可塑性樹脂を成分(A)及び/又は成分(B)に直接溶解させてもよいし、溶媒等を用いて均一に混合してもよいし、その後溶媒を除いて均一な分散状態及び/又は混合状態としてもよい。
熱可塑性樹脂を分散させて用いる場合は、平均粒子径は種々設定できるが、好ましい平均粒子径の下限は10nmであり、好ましい平均粒子径の上限は10μmである。粒子径の分布はあってもよく、単一分散であっても複数のピーク粒径を有していてもよいが、得られた硬化性組成物の粘度が低くコーティング性が良好となりやすいという観点からは粒子径の変動係数が10%以下であることが好ましい。
(c)充填材としては、種々のものが挙げられる。例えば、ガラス繊維、炭素繊維、カーボンブラック、グラファイト等の無機充填材、上述した成分(F)の無機部材、エポキシ系樹脂等の従来の封止材の充填材として一般に使用及び/又は提案されている充填材等が挙げられる。
充填材及び/又は無機部材(以下、単に「充填剤等」と記すことがある)は適宜表面処理してもよい。表面処理としては、アルキル化処理、トリメチルシリル化処理、シリコーン処理、カップリング剤による処理等が挙げられる。なお、カップリング剤は、成分(D)において例示したシランカップリング剤と同様のものが挙げられる。
また、例えば、アルコキシシラン、アシロキシシラン、ハロゲン化シラン等の加水分解性シランモノマー又はオリゴマー;チタン、アルミニウム等の金属のアルコキシド、アシロキシド又はハロゲン化物等を硬化性組成物に添加して、硬化性組成物中又は硬化性組成物の部分反応物中で反応させることにより、硬化性組成物中で充填材を生成させてもよい。
以上のような充填材等のうち、硬化反応を阻害し難く、線膨張係数の低減化効果が大きいという観点からは、シリカが好ましい。
充填材等の平均粒径としては、浸透性が良好となりやすいという点から、10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。
充填材等の粒径50μm以上の粒子の割合としては、浸透性が良好となりやすいという点から、1重量%以下であることが好ましく、0.1重量%以下であることがより好ましい。
充填材等の粒径分布は、エポキシ系樹脂等の従来の封止材の充填材として使用及び/又は提案されているものをはじめ、各種設定できる。例えば、24μm以上の粒子が15重量%以上かつ1μm以下の粒子が3重量%以上となるようにしてもよい。
充填材等の平均粒子径、充填材等の粒径50μm以上の粒子の割合はレーザー法マイクロトラック粒度分析計を用いて測定することができる。
充填材等の比表面積は、エポキシ系樹脂等の従来の封止材の充填材として使用及び/又は提案されているものをはじめとして、各種設定できる。例えば、少量の添加でチクソ性を付与できる点から、50m2/g以上、500m2/g以下、あるいは多量に添加しても流動性を確保できる観点から、1m2/g以上、10m2/g以下等、任意に設定できる。
比表面積はBET法モノソーブ比表面積測定装置によって測定することができる。
充填材等のガラス化率は、エポキシ系等の従来の封止材の充填材として使用及び/又は提案されているものをはじめ、各種設定できる。例えば、97%以上等が挙げられる。
充填材等の形状としては、硬化性組成物の粘度が低くなりやすい観点からは、球状の充填材であることが好ましい。
充填材等の添加量は特に限定されないが、線膨張係数の低減化効果が高く、かつ硬化性組成物の流動性が良好であるという観点から、全組成物中30重量%以上、より好ましくは50重量%以上であり、80重量%以下、より好ましくは70重量%以下である。
充填材等は、成分(F)の混合と同様に混合することができる。また、硬化性組成物の中間原料の貯蔵安定性が良好になりやすいという点から、成分(A)及び成分(C)に充填材等を混合したものと、成分(B)とを混合する方法が好ましい。成分(B)に成分(C)及び/又は充填材を混合したものに成分(A)を混合する方法をとる場合は、成分(C)存在下及び/又は非存在下において成分(B)が環境中の水分及び/又は充填材と反応性を有するため、貯蔵中等に変質することもある。
(d)老化防止剤としては、一般に用いられている老化防止剤、例えば、クエン酸やリン酸、硫黄系老化防止剤等が挙げられる。硫黄系老化防止剤としては、メルカプタン類、メルカプタンの塩類、スルフィドカルボン酸エステル類や、ヒンダードフェノール系スルフィド類を含むスルフィド類、ポリスルフィド類、ジチオカルボン酸塩類、チオウレア類、チオホスフェイト類、スルホニウム化合物、チオアルデヒド類、チオケトン類、メルカプタール類、メルカプトール類、モノチオ酸類、ポリチオ酸類、チオアミド類、スルホキシド類等が挙げられる。
(e)ラジカル禁止剤としては、例えば、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール(BHT)、2,2’−メチレン−ビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、テトラキス(メチレン−3(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート)メタン等のフェノール系ラジカル禁止剤や、フェニル−β−ナフチルアミン、α−ナフチルアミン、N,N’−第二ブチル−p−フェニレンジアミン、フェノチアジン、N,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン等のアミン系ラジカル禁止剤等が挙げられる。
(f)紫外線吸収剤としては、例えば2(2’−ヒドロキシ−3’,5’−ジ−t−ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート等が挙げられる。
(g)着色剤、離型剤、難燃剤、難燃助剤、界面活性剤、消泡剤、乳化剤、レベリング剤、はじき防止剤、イオントラップ剤、チクソ性付与剤、粘着性付与剤、保存安定改良剤、オゾン劣化防止剤、光安定剤、増粘剤、可塑剤、反応性希釈剤、酸化防止剤、熱安定化剤、導電性付与剤、帯電防止剤、放射線遮断剤、核剤、リン系過酸化物分解剤、滑剤、染料、顔料、金属不活性化剤、熱伝導性付与剤、物性調整剤、金属片、蛍光物質(例えば、YAG蛍光物質等)等は、当該分野で公知のもののいずれをも用いることができる。
(h)溶剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、ヘプタン等の炭化水素系溶媒、テトラヒドロフラン、1, 4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル等のエーテル系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、クロロホルム、塩化メチレン、1, 2−ジクロロエタン等のハロゲン系溶媒を好適に用いることができる。なかでも、トルエン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、クロロホルムが好ましい。
使用する溶媒量は適宜設定でき、例えば、用いる硬化性組成物1gに対して0.1mL以上、10mL以下である。使用量が少ないと、低粘度化等の溶媒を用いることの効果が得られにくく、また、使用量が多いと、得られるコーティング部材に溶剤が残留して熱クラック等の問題となり易く、またコスト的にも不利になり工業的利用価値が低下する。
特に、コーティング部材は、白色であることが好ましい。ここで白色とは、「JIS Z8110−1995 参考図1の系統色名の一般的な色度区分」に記載された白色領域の色を意味する。
コーティング部材の膜厚は特に限定されるものではなく、例えば、底部から側部に渡って均一な膜厚であってもよいし、段階的に厚膜化又は薄膜化するように変化してもよいが、テーパー形状となるような膜厚であることが好ましい。つまり、コーティング部材を、パッケージ成形体の側部の上端部近傍において薄く、底部に近づくにつれて徐々に厚膜となるように配置することが好ましい。コーティング部材を設けることにより、発光素子から側方又は斜め方向に照射された光を、反射、散乱、拡散させることができ、外部への光の取り出し効率を高めることができる。また、コーティング部材をテーパー状に設けることにより、発光素子により近い部分において光の散乱、拡散、反射をより高めることができる。よって、より多くの光を効率よく外部に取り出すことが可能となり、より高輝度に発光させることができる。さらに、コーティング部材が半導体素子に接触しないことにより、発光素子の側面や上面から照射される光が、コーティング部材により吸収されることがなくなり、光出力を高めることができる。
本発明のパッケージ成形体は、その底部側に金属基体を有していることが好ましい。金属基体は、1つでもよいが、少なくとも2つ、さらに3つ配置されていることが好ましい。金属基体は、いわゆるリード、リードフレーム、リード電極等と呼ばれ、半導体素子に電力を供給する一対の導電体や、ヒートシンクとして機能するものである。金属基体は、パッケージ成形体の底部に載置される半導体素子と電気的に接続するか、直接半導体素子に接触することが可能な状態で備えられていれば、どのように配置されていてもよい。例えば、一端部がパッケージ成形体に挿入されてパッケージ成形体内の底部において露出され、他端部がパッケージ成形体外に延設されるように設けられていることが好ましく、これを実現するためには、パッケージ成形体と金属基体とが一体成形により形成されていることが適当である。
リード電極として機能する金属基体は、銅、鉄等の合金による高熱伝導体により形成することができる。また、これら合金の表面に銀、アルミ、金等のメッキが施こされていてもよい。特に、銀メッキが好ましい。例えば、リード電極としての熱伝導率は、10〜100W/m・Kの範囲、15〜80W/m・Kの範囲、さらに15〜50W/m・Kの範囲であることが好ましい。このような構成により、大電流を長時間投下しても信頼性の高い半導体装置を得ることができる。なお、リード電極のアウター・リード部、つまり、パッケージ成形体の外側の部分は、背面、つまりパッケージ成形体の半導体素子載置領域の裏側に対応する面が、パッケージ成形体の半導体素子載置領域の裏側、任意にヒートシンクとして機能する金属基体の背面と面一となるようにガルウィング型、J−ベンド(Bend)型等に加工され、正負の接続端子を構成することが適当である。
ヒートシンクとして機能する金属基体は、リード電極と同様の材料により形成することが好ましい。さらに、金属基体の背面は、パッケージ成形体の裏側、さらにリード電極の背面と面一となるように形成されていることが好ましい。このような構成により、発光素子からの発熱を直接実装基板へと放熱することができ、発光素子への電流投下量を増大させ、出力向上を図ることができる。
なお、金属基体上には、パッケージ成形体の底部の露出面において、半導体素子が載置されていてもよい。そのために、露出面が、半導体素子が載置しやすいように、好ましくはパッケージ成形体の中央部において凹部を有するように加工されていてもよい。また、ヒートシンク機能を高めるために、半導体素子の載置される部分が厚膜に形成されていてもよい。これにより、発光素子の四方側面から発光される光を凹部内壁にて良好に正面方向へ反射させて取り出すことができる。また、このように、金属基体を設けることにより、半導体素子、特に発光素子の放熱性が良好となり、大電流投下によるパッケージ成形体、コーティング部材、封止部材等の劣化を抑制することができ、良好な光学特性が得られる。
また、上述したように、金属基体によってパッケージ成形体の底部における壁部が形成されていてもよい。その場合には、通常、パッケージ成形体の底部に金属基体が露出しており、その露出した金属基体上に半導体素子が載置されている。したがって、金属基体上であって、半導体素子の外縁から離れた位置に、金属基体裏面側からの押圧、ポンチ加工等によって半導体素子の外縁全周囲又は一部に、あるいは裏面側からのパンチ孔の形成等によって半導体素子の外縁の周囲の一部に、壁部を形成することができる。
本発明における半導体素子である発光素子は、その構成、特性等特に限定されるものではないが、上述したように、一対のリード電極と任意に金属基体とがパッケージ成形体とともにインサート成形されている場合、正負一対の電極が同一面側に形成された発光素子が好ましい。また、発光素子の表面に蛍光体層が形成されていてもよく、その場合には、用いた蛍光物質を励起可能な発光波長を発光できる発光層を有する発光素子が好ましい。このような発光素子としては、ZnSeやGaNなど種々の半導体を用いたものが挙げられる。なかでも、蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体(InXAlYGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を用いたものが好ましい。また、この窒化物半導体には、任意に、ボロンやリンを含有させてもよい。なお、半導体の材料やその混晶度によって発光波長を適宜調整することができる。発光素子を構成する半導体は、MIS接合、PIN接合やpn接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものでもよい。また、発光層を量子効果が生ずる薄膜に形成した単一量子井戸構造や多重量子井戸構造としてもよい。
窒化物半導体を使用する場合、発光素子を形成するための基板にはサファイヤ、スピネル、SiC、Si、ZnO及びGaN等の材料が挙げられる。結晶性の良い窒化物半導体を量産性よく形成させるためにはサファイヤ基板を用いることが好ましい。なお、サファイア基板上には、GaN、AlN、GaAIN等のバッファ層が形成されていてもよい。このサファイヤ基板上にMOCVD法などを用いて窒化物半導体を形成させることができる。
特に、窒化物半導体を使用したpn接合を有する発光素子の一例として、バッファ層上に、n型窒化ガリウムで形成した第1のコンタクト層、n型窒化アルミニウム・ガリウムで形成させた第1のクラッド層、窒化インジウム・ガリウムで形成した活性層、p型窒化アルミニウム・ガリウムで形成した第2のクラッド層、p型窒化ガリウムで形成した第2のコンタクト層を順に積層させたダブルへテロ構成等が挙げられる。p型層上に金属層を積層した後、半導体用基板を除去してもよい。
本発明の発光素子は、特に白色系を発光させることが好ましく、そのためには、発光波長は、365〜530nm程度、420〜490nm程度、さらに450〜475nm程度が好ましい。
保護素子としては、例えば、ツェナーダイオード、コンデンサ等が挙げられる。
ツェナーダイオードは、正電極を有するp型半導体領域と、負電極を有するn型半導体領域とを有し、保護素子の負電極および正電極が発光素子のp側電極とn側電極に対して逆並列となるように接続される。このように、保護素子をツェナーダイオードとすることにより、正負電極間に過大な電圧が印加されても、発光素子の正負両電極間はツェナー電圧に保持されることとなり、過大な電圧から発光素子を保護し、素子破壊や性能劣化の発生を防止することができる。
コンデンサは、表面実装用のチップ部品を用いることができる。このような構造のコンデンサは、両側に帯状の電極が設けられており、この電極が発光素子の正電極および負電極に並列接続される。正負電極間に過電圧が印加された場合、この過電圧によって充電電流がコンデンサに流れ、コンデンサの端子電圧を瞬時に下げ、発光素子に対する印加電圧が上がらないようにすることにより、発光素子を過電圧から保護することができる。また、高周波成分を含むノイズが印加された場合も、コンデンサがバイパスコンデンサとして機能するので、外来ノイズを排除することができる。
また、本発明の半導体装置は、上述したパッケージ成形体の底部に半導体素子が載置されて構成されるが、上述した発光素子と保護素子等の半導体素子とが別個にパッケージ成
形体に搭載してもよいし、一体化した複合素子として搭載されていてもよい。また、発光素子がコーティング部材と接触していなければよく、その他の半導体素子がコーティング部材に接触していてもよい。
パッケージ成形体への半導体素子の搭載は、当該分野で公知の方法、例えば、半導体素子をアップフェイスで直接載置する方法でもよいし、ダウンフェイスでサブマウント基板(シリコン、窒化アルミニウム等)等を介して適当な接着剤(上述した樹脂又は銀ペースト等)を用いる方法でもよい。
また、本発明の半導体装置においては、半導体素子の上面が、封止部材で封止されてなる。封止部材としては、耐熱性、耐光性、透明性を有する樹脂であることが適当であり、上述した樹脂又は硬化性組成物を単独で又は2種以上組み合わせて、単層構造で又は積層構造で用いることができる。ここで、硬化性組成物とは、上述したように、成分(A)〜(E)を必須成分として含むものを意味する。
また、封止部材には、成分(F)及びその他の成分(a)〜(h)として挙げた添加剤等を含有させてもよい。なかでも、蛍光物質、拡散剤、フィラーを含有させることが適当であり、発光素子からの光に対して特定のフィルター効果等を発揮させるために、染料や顔料等を添加させることが適当である。封止部材は、その上面、つまり、外気側において、中央部が突出した曲面を有していることが好ましい。これにより、発光素子から照射された光を正面方向に効率良く収束させることができ、正面方向の光度を高めることができる。
以下に、本発明のパッケージ成形体及び半導体装置の実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。
(実施例1及び比較例1、2)
まず、半導体素子として、サファイア基板上にn型層、活性層及びp型層を含む窒化物半導体層を順次形成し、活性層及びp型層の一部を除去してn型層の一部を露出させる。この露出させたn型層の上にn電極、p型層の上にp電極をそれぞれ形成し、単色性発光ピークが可視光である475nmの青色の発光が可能な窒化ガリウム系化合物半導体のLEDを形成した。
また、酸化チタン等の顔料にて高反射化された熱可塑性樹脂(ポリフェニレンスルフィド)をハウジング材料として用い、3種類のパッケージ成形体を作製した。
つまり、樹脂100重量部に、強化材としてグラスファイバーを40重量部、顔料として酸化チタン20重量部に微量の熱安定剤を添加して混練し、銀メッキされたリードフレーム材と一体型に射出成形した。
得られたパッケージ成形体10は、図1に示すように、一端部がパッケージ成形体10に挿入され、他端部がパッケージ成形体10の外壁面から突出するように形成された一対のリード電極11、12を有する。パッケージ成形体10は、第1の凹部13と、その内側に第2の凹部14とを有する二段構造であり、第2の凹部14の側面が、壁部として形成されている。また、リード電極11、12の主面の一部がそれぞれ第2の凹部14の底面にて露出している。
また、得られたパッケージ成形体20は、図2に示すように、第1の凹部23と第2の凹部24との段差部分に、壁部29をダム状に設けた以外、図1のパッケージ成形体10と同様である。
さらに、得られたパッケージ成形体30は、図3に示すように、第1の凹部33の内側に第2の凹部を設けず、リード電極31において、ポンチ加工によって発光素子15の載置領域の外周に壁部39を設けた以外、図1のパッケージ成形体10と同様である。
これらのパッケージ成形体10、20、30内に、発光素子15を、エポキシ樹脂を用いてダイボンドして固定した。
導電性ワイヤーであるAu線16を、発光素子15の各電極と各リード電極11、12、31とに、それぞれワイヤーボンディングにより電気的に接続した。
続いて、コーティング部材17として、以下に示したコーティング樹脂A〜Cを、発光素子15に接触しないように、パッケージ成形体10、20、30の二段構造の第1の凹部13にのみ、あるいは壁部29、39の外側にのみ、それぞれ塗布、乾燥し、以下の条件で硬化させた。
・コーティング樹脂A(白色エポキシ樹脂)
一液カチオン硬化型エポキシ樹脂 100重量部
石原産業製 タイベークR−820 100重量部
日本アエロジル製 アエロジル#380 5重量部
PGMEA* 25重量部
90℃で3時間、その後150℃で4時間硬化させた。
・コーティング樹脂B(白色シリコーン樹脂)
シリコーン樹脂 100重量部
石原産業製 タイベークR-820 100重量部
日本アエロジル製 アエロジル#380 1重量部
ヘキサン 12重量部
デカン 28重量部
40℃で1時間、その後150℃で4時間硬化させた。
・コーティング樹脂C(白色変成シリコーン樹脂)
変成シリコーン樹脂 100重量部
石原産業製 タイベークR-820 100重量部
日本アエロジル製 アエロジル#380 1重量部
PGMEA* 2重量部
60℃で3時間、その後100℃で1時間硬化させた。
PGMEAは、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(1−メトキシ‐2‐アセトキシプロパン)を示す。
さらに、パッケージ成形体10、20、30の上から、封止部材として、以下に示す組み合わせにて、封止樹脂を注入、硬化させ、半導体装置18、28、38として発光ダイオードをそれぞれ作製した。
・封止樹脂A(白色エポキシ樹脂)
一液カチオン硬化型エポキシ樹脂 100重量部
90℃で3時間、その後150℃で4時間硬化させた。
なお、封止樹脂Aは、コーティング樹脂Aを用いたものに適用した。
・封止樹脂B(白色シリコーン樹脂)
シリコーン樹脂 100重量部
40℃で1時間、その後150℃で4時間硬化させた。
なお、封止樹脂Bは、コーティング樹脂Bを用いたものに適用した。
・封止樹脂C(白色変成シリコーン樹脂)
変成シリコーン樹脂 100重量部
60℃で3時間、その後100℃で1時間、さらに150℃で1時間硬化させた。
なお、封止樹脂Cは、コーティング樹脂Cを用いたものに適用した。
また、比較例1として、上記の実施例の内、パッケージ成形体40として、図4に示すように、その底部41が平坦で、壁部を有さないものを用い、さらにコーティング部材を形成しない以外、上記の実施例と同様の発光ダイオード42を作製した。
さらに、比較例2として、図5に示すように、比較例1の発光ダイオード42において、パッケージ成形体40に搭載された発光素子15の全面を覆うようにコーティング部材17を形成した以外、上記の実施例と同様の発光ダイオード45を作製した。
得られた発光ダイオードの光出力を測定したところ、図1の実施例1(コーティング樹脂A)については、100mAの通電時、ほぼ45mW程度の光出力が得られたが、比較例2の発光ダイオードにおいては、実施例1の発光ダイオードに比較して、初期の光出力が半減することが確認された。また、図1〜3の発光ダイオードにおいて、コーティング樹脂B、Cのいずれを用いても、実施例1の結果と略同様の結果が得られた。
(実施例2及び比較例3)
実施例1と同様の二段構造のパッケージ成形体に、実施例1と同様に発光素子をダイボンドし、ワイヤーボンディングした。
続いて、コーティング部材として、酸化チタンを100phr混合した白色シリコーン樹脂(高反射ペースト/コーティング樹脂B)を、発光素子を覆わないようパッケージ成形体の二段構造の上段にのみ塗布し、乾燥、硬化(40℃で1時間、その後150℃で4時間)させた。
さらに、パッケージ成形体の上から、封止部材としてシリコーン樹脂を注入し、硬化させ(40℃で1時間、その後150℃で4時間)、発光ダイオードを作製した。
また、比較例として、上記の実施例の内、コーティング部材を形成しない以外、同様の発光ダイオードを作製した。
得られた発光ダイオードの100mA通電時における光出力を測定した。その結果を以下に示す。
Figure 2005136378
表1から、実施例2では、コーティング部材の形成により、リフレクター部における高反射が実現され、光出力の向上が確認された。
(実施例3及び比較例4)
実施例2及び比較例3で作製した発光ダイオードを、260℃でリフロー実装を繰り返し、初期の光出力を100としたときの光出力の低下をそれぞれ測定した。その結果を以下に示す。
Figure 2005136378
表2から、実施例3においては、コーティング部材の形成により、リフロー時の熱によるリフレクター部の黄変が抑制され、出力低下が抑制されたことが確認された。
(実施例4及び比較例5)
実施例2及び比較例3で作製した発光ダイオードについて、85℃、85%RH条件下で320時間、200mA通電し、素子寿命を測定した。その結果を以下に示す。
Figure 2005136378
表3から、実施例4においては、コーティング部材の形成により、素子寿命が格段に向上していることが確認された。
(実施例5)
合成例1:トリアリルイソシアヌレートと1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンとの反応物B1(成分(B))の合成
5Lのセパラブルフラスコに、トルエン1.8kg、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン1.44kgを加えて、内温が104℃になるように加熱した。そこに、トリアリルイソシアヌレート200g、白金ビニルシロキサン錯体のキシレン溶液(白金として3wt%含有)1.44mL、トルエン200gの混合物を滴下した。120℃のオイルバス中で7時間加熱還流させた。さらに、1−エチニル−1−シクロヘキサノール1.7gを加えた。
未反応の1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン及びトルエンを減圧留去した。
得られた生成物の1H−NMRを測定したところ、以下の構造式に示す1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンのSiH基の一部がトリアリルイソシアヌレートと反応した反応物B1(SiH価:8.2mmol/g、アリル価:0.12mmol/g)を主成分として含有していることが確認された。なお、この生成物には、ヒドロシリル化触媒(成分(C))である白金ビニルシロキサン錯体が含有されている。
Figure 2005136378
コーティング組成物Dの製造
成分(A)としてトリアリルイソシアヌレート54.51gとジアリルモノグリシジルイソシアヌレート87.03gとの混合物、成分(B)として合成例1の反応物B1を162.64g、成分(C)として白金ビニルシロキサン錯体のキシレン溶液(白金として3wt%含有)913mg、成分(D)としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン7.60g、成分(E)としてほう酸トリメチル1.52gを用いる。
成分(A)、成分(C)及び成分(E)をあらかじめ混合、攪拌し、混合物A液を調製した。
また、(B)成分、(D)成分及び1−エチニル−1−シクロヘキサノール913mgをあらかじめ混合、攪拌し、混合物B液を調製した。
混合物A液と混合物B液とを混合し、攪拌・脱泡を行い、一液混合物とした。
この一液混合物2.5gに成分(F)である酸化チタン(石原産業(株)、タイペークR−820)2.5gを混合し、攪拌・脱泡を行い、コーティング組成物Dを得た。
コーティング組成物Eの製造
コーティング組成物Dのために調製した成分(A)〜(E)の一液混合物2.5gに、成分(F)である酸化チタン(石原産業(株)、タイペークR−820)2.5gを混合し、さらにシリカ(日本アエロジル(株)、アエロジル300)75mgを混合し、攪拌・脱泡を行い、コーティング組成物Eを得た。
コーティング組成物Fの製造
成分(A)としてトリアリルイソシアヌレート12.04g、成分(B)として合成例1で得られた反応物B1を17.96g、成分(C)として白金ビニルシロキサン錯体のキシレン溶液(白金として3wt%含有)90mg、成分(D)としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン750mg、成分(E)としてほう酸トリメチル150mgを用いる。
成分(A)、成分(C)及び成分(E)をあらかじめ混合、攪拌し、混合物C液を調製した。
また、成分(B)、成分(D)及び1−エチニル−1−シクロヘキサノール90mgをあらかじめ混合、攪拌し、混合物D液を調製した。
混合物C液と混合物D液を混合し攪拌・脱泡を行い、一液混合物とした。
この一液混合物2.5gに成分(F)である酸化チタン(石原産業(株)、タイペークR−820)2.5gを混合し、さらにシリカ(日本アエロジル(株)、アエロジル300)125mgを混合し、攪拌・脱泡を行い、コーティング組成物Fを得た。
(コーティング組成物の評価)
接着剤の作製
トリアリルイソシアヌレート12.04g、白金ビニルシロキサン錯体のキシレン溶液(白金として3wt%含有)90mg及びほう酸トリメチル150mgをあらかじめ混合、攪拌し混合物E液を調製する。
また、合成例1の反応物B1を17.96g、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン750mg及び1−エチニル−1−シクロヘキサノール90mgをあらかじめ混合、攪拌し、混合物F液を調製する。
得られた混合物E液と混合物F液とを混合し攪拌・脱泡を行い、接着剤とした。
ダイシェア試験用のダイの作製
上記で得られた混合物E液と混合物F液とを混合し攪拌・脱泡を行い、一液混合物とした。
この一液混合物を、2枚のガラス板に3mm厚みのシリコーンゴムシートをスペーサーとしてはさみこんで作製したセルに流し、熱風乾燥機中で60℃/6時間、70℃/1時間、80℃/1時間、120℃/1時間、150℃/1時間加熱し、180℃/30分間加熱し、硬化させ、透明な成形体を形成した。
得られた透明な成形体を、3mm(縦)×3mm(横)×1mm(厚)にダイヤモンドカッターを用いて切削し、ダイとした。
試験片の作製
コーティング組成物D〜Fを、それぞれ、ポリフタルアミド樹脂成形体の上に、テープをスペーサーとして、膜厚制御しながら塗布し、100℃/1時間硬化させ、コーティング層を形成した。
その上に、接着剤によりダイシェア試験用のダイを接着させた。接着剤は60℃/6時間、70℃/1時間、80℃/1時間、120℃/1時間、150℃/1時間加熱し、180℃/30分間加熱し、硬化させ、試験片を得た。
また、これとは別に、比較例として、ポリフタルアミド樹脂成形体の上に接着剤によりダイシェア試験用のダイを接着させた。接着剤は60℃/6時間、70℃/1時間、80℃/1時間、120℃/1時間、150℃/1時間加熱し、180℃/30分間加熱し、硬化させ、試験片を得た。
ダイシェア試験及び耐光性試験
上記で得られた各試験片について、ダイシェア試験により接着性を評価した。
ダイシェア試験機は、デイジ社製、万能型ボンドテスター2400を用いた。50kgfのロードセルを用い、試験スピードは83μm/秒で実施した。
また、上記で得られた各試験片について、ダイを通して接着面に光が照射されるようにした状態で耐光性試験を実施し、耐光性試験後に、上記と同様にダイシェア試験を行った。なお、耐光性試験はスガ試験機製スーパーキセノンウエザーメーターを用い、放射照度0.18kW/m2、1時間42分照射に引き続き18分降雨のサイクル試験、ブラックパネル温度63℃、湿度50%の試験条件で330時間実施した。
これらの結果を表4に示す。なお、試験はn=5で行い、表4においては、最大及び最小値をカットしてn=3の平均値を示した。
Figure 2005136378
表4の結果から、耐光性試験の前後において、接着性の低下は見られず、反射能を有していることが明らかとなった。また、耐光性試験後も着色がなく高耐光性を有していた。
半導体装置の作製
図1〜図3に示したパッケージ成形体10、20、30に、コーティング組成物D〜Fを、それぞれ塗布し、乾燥させて、半導体装置18、28、38として発光ダイオードをそれぞれ作製し、実施例1と同様に光出力を測定した。
いずれの半導体装置においても、コーティング組成物D〜Fは反射性に優れ、高い耐光性を有し、実施例1と同様に、高い光出力が得られた。
本発明のパッケージ成形体及び半導体装置は、信号、照明、ディスプレイ、インジケーター、携帯電話のバックライトなどの各種光源に利用することができる。
本発明のパッケージ成形体及び半導体装置の実施の形態を示す概略断面図である。 本発明のパッケージ成形体及び半導体装置の別の実施の形態を示す概略断面図である。 本発明のパッケージ成形体及び半導体装置のさらに別の実施の形態を示す概略断面図である。 本発明のパッケージ成形体及び半導体装置に対する比較例を示す概略断面図である。 本発明のパッケージ成形体及び半導体装置に対する別の比較例を示す概略断面図である。
符号の説明
10、20、30 パッケージ成形体
11、12、31 リード電極
13、23、33 第1の凹部
14、24 第2の凹部
15 発光素子
16 Au線
17 コーティング部材
18、28、38 半導体装置
29、39 壁部

Claims (32)

  1. 半導体素子を載置するための底部と該底部を囲う側部とを備えるパッケージ成形体であって、
    前記底部における前記半導体素子の載置領域の外縁から離れた位置に壁部を有し、
    該壁部の外側における底部と側部とが、コーティング部材によって被覆されていることを特徴とするパッケージ成形体。
  2. 一端部がパッケージ成形体に挿入されてパッケージ成形体内の底部において露出され、他端部がパッケージ成形体外に延設される金属基体を少なくとも2つ備える請求項1に記載のパッケージ成形体。
  3. 壁部が、パッケージ成形体内の底部に露出した金属基体によって形成されてなる請求項2に記載のパッケージ成形体。
  4. 壁部が、パッケージ成形体内の底部に形成された凹部における側部である請求項1又は2に記載のパッケージ成形体。
  5. コーティング部材は、パッケージ成形体の壁部の外側における底部と側部とにおいて、半導体素子から照射される光の反射を高める機能を有する請求項1〜4のいずれか1つに記載のパッケージ成形体。
  6. コーティング部材は、半導体素子から照射される光に対して85%以上の反射率を有する請求項5に記載のパッケージ成形体。
  7. コーティング部材が、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリノルボルネン樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂からなる群から選択される少なくとも1種により形成されてなる請求項1〜6のいずれか1つに記載のパッケージ成形体。
  8. コーティング部材が、
    (A)SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に少なくとも2個含有する有機化合物、
    (B)1分子中に少なくとも2個のSiH基を含有するケイ素化合物、
    (C)ヒドロシリル化触媒、
    (D)シランカップリング剤及び/又はエポキシ基含有化合物、ならびに
    (E)シラノール縮合触媒
    を必須成分として含む硬化性組成物により形成されてなる請求項1〜6のいずれか1つに記載のパッケージ成形体。
  9. 硬化性組成物が、さらに(F)無機部材を含有してなる請求項8に記載のパッケージ成形体。
  10. 成分(A)が、下記一般式(I)
    Figure 2005136378
    (式中、R1は炭素数1〜50の一価の有機基を表し、それぞれのR1は異なっていても同一であってもよい。)
    で表される有機化合物を含むことを特徴とする請求項8又は9に記載のパッケージ成形体。
  11. 成分(A)が、トリアリルイソシアヌレート又はトリアリルイソシアヌレートとジアリルモノグリシジルイソシアヌレートとの混合物であり、成分(B)が、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンとトリアリルイソシアヌレートとの反応物である請求項8〜10のいずれか1つに記載のパッケージ成形体。
  12. 成分(D)が、分子中にエポキシ基、メタクリル基、アクリル基、イソシアネート基、イソシアヌレート基、ビニル基及びカルバメート基からなる群より選ばれる少なくとも1個の官能基と加水分解性のケイ素基とを有するシランカップリング剤である請求項8〜11のいずれか1つに記載のパッケージ成形体。
  13. 成分(D)が、分子中にエポキシ基と加水分解性のケイ素基とを有するシランカップリング剤である請求項12に記載のパッケージ成形体。
  14. 成分(E)が、有機アルミニウム化合物及び/又はほう酸エステルである請求項8〜13のいずれか1つに記載のパッケージ成形体。
  15. 成分(E)が、アルミニウムキレート化合物又はアルミニウムアルコラート化合物である請求項14に記載のパッケージ成形体。
  16. 成分(E)が、アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート、アルミニウムエチルアセトアセテートジイソブチレート、アルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)、アルミニウムビスエチルアセトアセテートモノアセチルアセトネート及びアルミニウムトリス(アセチルアセトネート)からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項14に記載のパッケージ成形体。
  17. 成分(E)が、ほう酸トリノルマルオクタデシル、ほう酸トリノルマルオクチル、ほう酸トリノルマルブチル、ほう酸トリイソプロピル、ほう酸トリノルマルプロピル、ほう酸トリエチル及びほう酸トリメチルからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項14に記載のパッケージ成形体。
  18. 成分(F)が、酸化チタンである請求項9〜17のいずれか1つに記載のパッケージ成形体。
  19. 酸化チタンがルチル型であり、その平均粒子径が0.1〜1.0μmである請求項18に記載のパッケージ成形体。
  20. コーティング部材が底部と側部とをテーパー状に被覆してなる請求項1〜19のいずれか1つに記載のパッケージ成形体。
  21. コーティング部材が酸化チタン、酸化亜鉛、アルミナ、シリカ、チタン酸バリウム、リン酸カルシウム、炭酸カルシウム、ホワイトカーボン、タルク、炭酸マグネシウム、窒化ホウ素からなる群から選択される少なくとも1種を含有してなる請求項1〜8及び10〜20のいずれか1つに記載のパッケージ成形体。
  22. 請求項1〜21のいずれか1つに記載のパッケージ成形体と、該パッケージ成形体の載置領域に記載された半導体素子とからなり、
    半導体素子とコーティング部材とが離間されてなることを特徴とする半導体装置。
  23. 半導体素子の上面が、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリノルボルネン樹脂、シリコーン樹脂、変成シリコーン樹脂、非晶質ポリアミド樹脂、フッ素樹脂からなる群から選択される少なくとも1種により封止されてなる請求項22に記載の半導体装置。
  24. 半導体素子の上面が、
    (A)SiH基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を1分子中に少なくとも2個含有する有機化合物、
    (B)1分子中に少なくとも2個のSiH基を含有するケイ素化合物、
    (C)ヒドロシリル化触媒、
    (D)シランカップリング剤及び/又はエポキシ基含有化合物、
    (E)シラノール縮合触媒
    を必須成分として含む硬化性組成物を硬化させてなる硬化物により封止されてなる請求項22に記載の半導体装置。
  25. 成分(A)が、下記一般式(I)
    Figure 2005136378
    (式中、R1は炭素数1〜50の一価の有機基を表し、それぞれのR1は異なっていても同一であってもよい。)
    で表される有機化合物を含むことを特徴とする請求項24に記載の半導体装置。
  26. 成分(A)が、トリアリルイソシアヌレート又はトリアリルイソシアヌレートとモノグリシジルジアリルイソシアヌレートとの混合物であり、成分(B)が、1,3,5,7−テトラメチルテトラシクロシロキサンとトリアリルイソシアヌレートとの反応物である請求項24又は25に記載の半導体装置。
  27. 成分(D)が、分子中にエポキシ基、メタクリル基、アクリル基、イソシアネート基、イソシアヌレート基、ビニル基及びカルバメート基からなる群より選ばれる少なくとも1個の官能基と加水分解性のケイ素基とを有するシランカップリング剤である請求項24〜26のいずれか1つに記載の半導体装置。
  28. 成分(D)が、分子中にエポキシ基と加水分解性のケイ素基とを有するシランカップリング剤である請求項27に記載の半導体装置。
  29. 成分(E)が、有機アルミニウム化合物及び/又はほう酸エステルである請求項24〜28のいずれか1つに記載の半導体装置。
  30. 成分(E)が、アルミニウムキレート化合物又はアルミニウムアルコラート化合物である請求項29に記載の半導体装置。
  31. 成分(E)が、アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート、アルミニウムエチルアセトアセテートジイソブチレート、アルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)、アルミニウムビスエチルアセトアセテートモノアセチルアセトネート及びアルミニウムトリス(アセチルアセトネート)からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項29に記載の半導体装置。
  32. 成分(E)が、ほう酸トリノルマルオクタデシル、ほう酸トリノルマルオクチル、ほう酸トリノルマルブチル、ほう酸トリイソプロピル、ほう酸トリノルマルプロピル、ほう酸トリエチル及びほう酸トリメチルからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項29に記載の半導体装置。

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